中科院力学所博士生王子千：液滴跳起踢踏舞

中科院力学所博士生王子千：液滴跳起“踢踏舞”

 ■本报记者 丁佳 王子千是个身高一米八十多的壮小伙子，但干起活来却比绣花还细。这个中科院力学研究所非线性力学国家重点实验室纳微系统力学与物理力学课题组的博士生花了两年时间，给一滴水做了个容器。 “小”问题难倒大科学家 好汉难过抽血关。在医院，医生常常需要抽取大量血液进行检测，给患者带来了不小的痛苦，检测时间也相对较长。 随着技术的发展，科学家已经能够完成对微量血液样品的生化分析。但问题是，在现实生活中，病人抽血和血液检测往往不在一个地方，这就涉及到微量样品的运输和保存。 “样品的蒸发与污染是生化检测微型化过程中的重要问题。”王子千告诉《中国科学报》记者，“如果能为一滴血液样品找到一个合适的容器，那么‘一滴血液的全面血液检测’将更具可行性。” 寻找这样一个容器，成了全球科学家竞相追逐的热点。目前，科学家已经实现了弹性薄膜在液滴表面张力作用下对于液滴的自发包覆过程，也就是毛细折叠现象或弹性毛细现象。但遗憾的是，这个过程只能完成对于液滴的包覆过程，还无法将包好的液滴释放出来，很难将这项技术推向应用。 “如果这个容器不仅能把液滴包起来，还能随时将其打开就好了。”在其导师、中科院力学所研究员赵亚溥的指导下，王子千开始了他的探索。 液滴的踢踏舞 其实此前，赵亚溥领导的纳微系统力学与物理力学课题组已经在电润湿方面积累了七八年的研究经验。所谓电润湿，简单而言就是通过施加电压，改变液体与固体表面的润湿性，从而控制液滴的行为。 既然电能控制液滴，是否也能控制包覆液滴的膜呢？在这一思路的带动下，王子千等人进行了上百次实验，终于在世界范围内首次实现了电场控制下液滴的可控、可逆包覆与释放，研究人员将这种现象命名为“电弹性毛细”。 在高速摄像机的帮助下，一幅奇特的画面展现在人们眼前。在交流电场的驱动下，液滴与薄膜会发生周期性振动，薄膜有规律地打开、关上，就像液滴正在轻盈地跳踢踏舞一样。 这一研究结果在线发表于《英国皇家学会会刊A》上之后，美国《科学》杂志主页当日即对成果进行了报道，英国《新科学家》杂志网站还特意为实验视频配上了一段踢踏舞曲。 除了血液检测，“电弹性毛细”在其他领域也有着广阔的应用前景。比如在癌症的治疗中，患者将这种容器包覆下的药物服入体内，然后输运到癌细胞附近时，再将药物释放出去，从而实现精准治疗。 自己动手，丰衣足食 文章发表后不久，赵亚溥研究员收到了国际电润湿领域权威Frieder Mugele的一封信，信中表示这是一项非常“酷”的研究，并提出了进一步研究的建议。 但赵亚溥研究员知道，自己的实验室取得今天这样的成绩着实不易。 “以前我们国家搞研究，对国外设备的依赖很大。造价昂贵不说，还受到各种限制。”赵亚溥对《中国科学报》记者说，“为什么我们不能研发自己的设备，实现自己的想法呢？” 那时候，王子千刚从北京大学微电子学系毕业，来到力学所攻读硕士和博士学位。赵亚溥把他领到了一间实验室，让他根据学术需要丰富当前的实验设备。 自主研发一台世界上独一无二的实验设备谈何容易，其中涉及到大量的交叉学科，都需要一点点去摸索。但几年后，当王子千慢慢把这套设备建设起来时，他终于明白了老师的用意。 “自己做设备的好处是能‘按需研发’，我们所有的仪器都是开放式的，预留了各种接口。”王子千说，“比如我现在研究了电，将来还可以同时研究光、热、磁对液滴的影响，都不用再买新仪器了。” 在中科院科研装备研制项目与院重点部署项目的支持下，力学所自主开发建设了“跨尺度界面力学实验研究平台系统”，这套装备可以实现从纳米、微米尺度到宏观尺度的时间、空间跨尺度研究，可大幅提高多尺度界面物理力学实验研究能力，并对基础理论、多尺度计算模拟方面的多学科交叉研究工作有很大的促进作用。 一批批像王子千这样的年轻人也在这个平台上成长了起来。袁泉子去年从赵亚溥课题组博士毕业并留在组里工作，2010年他关于电弹性毛细分子动力学模拟的研究成果以封面文章发表在美国《物理评论快报》上。“赵老师对我们的帮助很大，他在方向性问题上给我们把关，但同时又给我们最大的探索空间。”回想起导师的教诲，袁泉子说，“这些都是年轻人做科研最需要的。” 《中国科学报》 (2012-06-08 A1 要闻)