「技術前沿」麻省理工學院工程師發明“晶片樹”

樹木與其他植物都是大自然的“水泵”。它們不停地將水分從根部運往上方的樹葉，

然後又將樹葉產生的糖分運回根部。供這些養分來回穿梭的系統就是植物的木質部和韌皮部。

近期，麻省理工學院的工程師及其合作夥伴設計了一種模仿植物輸導組織的微流控裝置“晶片樹”（tree-on-a-chip）。與植物輸導組織一樣，它採取被動工作方式，不需要活動部件或外部泵裝置，就可以持續數日穩定地輸送水分和糖分。其研究成果已在《自然植物》上發佈。

理論上，模仿樹木輸導組織的被動泵送機制（即滲透作用）是可行的，但實際仿製的微流控泵持續時間只有幾分鐘。研究人員發現，在樹的泵送過程中，樹葉發揮著重要作用，能夠通過光合作用生成糖分，進而形成長期的滲透壓力，促使水和養分在植物體內的不間斷流動。

在此基礎上，研究團隊設計了“晶片樹”，這是一種模仿樹的木質部、韌皮部以及樹葉的微流控泵裝置。研究人員將兩個塑膠片夾在一起，在它們之間鑽出類似木質部和韌皮部的細小通道，在木質部通道注入水，在韌皮部通道注入糖水，然後使用一種半透膜材料（類似木質部和韌皮部之間的薄膜）將兩個塑膠片分開，使用另一個薄膜放在含韌皮部通道的塑膠片上，

並在頂部放上糖塊（模擬樹葉光合作用產生源源不斷的糖分）。最後他們將晶片接在一根水管上，接通水箱。這樣設置後，晶片就可以抽取水箱中的水，將其送入燒杯。而且這種被動泵送過程能夠以穩定流速持續數日。

麻省理工學院機械工程系副主任Anette Peko Hosoi教授表示，

該晶片的被動式泵裝置或可作為小型機器人的簡易動力系統。目前，製造用以驅動小型機器人的活動部件及泵裝置是一件困難且需要較高成本的事情。該團隊的泵送裝置或可以支援機器人採取一種低成本、以糖為動力的泵動力系統。

Hosoi表示，該研究的目標是研製滿足複雜結構要求的低成本裝置。在自然界，長出一片樹葉或一根導管很容易，

但對小型機器人來說，從製造到集成、驅動，每一步都很困難，微流控泵有利於實現研究目標。

該團隊的研究源自一個關於液壓機器人的項目，該項目機器人以泵送液體為動力。研究人員對小型液壓機器人感興趣，是因為小型機器人能夠做出類似大型機器人的動作。比如波士頓動力公司的“大狗”機器人，該機器人採用液壓驅動裝置來提供動力，能夠在崎嶇地面上跑動或跳躍。

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