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给多肉浇水她意外发现液体传输新机制
作者:佚名 文章来源:本站原创 点击数: 更新时间:2024/7/28 5:10:59 | 【字体:

  极品白领后记当导师打来电话告知论文被接收的那一刻,香港大学博士生杨玲的第一反应是假的吧!直到打开手机查看邮箱,她才真正相信,自己发了第一篇顶刊论文。

  从博士入学起,杨玲便开始了这项研究。为了让实验顺利进行,她养了近20盆多肉植物若绿,每天浇水、观察,最终在若绿上发现了一种新的液体传输方式。近日,相关研究成果发表于《科学》。

  “流体流动的实时定向控制,将在微流控、化学合成和生物医学诊断中有新应用。模仿生物的阵列设计不单可以用于液体运输,还可以在T形阀门等情况下用于液体混合。这种方法不仅适用于多种化学物质,而且可以解决某些微流控技术中出现的加热问题。”论文通讯作者、香港理工大学教授王立秋介绍说。

  从2021年到香港大学读博开始,杨玲便跟随导师开展表界面流动和液体操控领域的研究。他们常常与植物打交道,观察植物是实验研究中的重要一环。

  杨玲所在的实验室里,养了大大小小各种植物,若绿便是其中一种。作为一种多肉类植物,若绿拥有较长的枝条和整齐的叶子,堆叠向上以一串串的形态生长。

  “液体在水平放置的不同若绿茎上,竟然可以朝着茎尖或根部这两个截然相反的方向自发地单向运动,这与传统认知中一种液体只能沿固定方向流动的观点大相径庭。”杨玲说。

  杨玲立刻将这一现象用视频记录下来。在导师的鼓励下,她与课题组成员一起对若绿表面的宏观和微观界面进行观察,并进行理论研究。

  起初,研究团队猜测,植物表面的结构是影响液体流动的关键因素。为此,他们利用3D打印技术模仿若绿的表面结构,不断调整结构参数,运用高速相机拍摄液体的流动细节并加以分析。

  在反复实验和摸索中,研究团队发现,若绿叶片上神奇的液体传输现象源于其独特的不对称折返结构。叶片两端有不同的折返角,一个朝茎尖,另一个朝根部,这使得液体在两个相反方向上形成不同的弯液面轮廓,从而能够选择性地沿不同方向流动。

  这一发现不仅揭示了大自然中一种鲜为人知的液体传输机制,还为设计更灵活、高效的液体输运系统提供了灵感和可能性。

  在以往研究中,科学家通过研究自然界中的动植物表面,发现了多种能够定向传输水的表面结构。

  例如,翼状猪笼草的唇表面具有独特的多尺度分层结构,这种结构由楔形微槽组成,能够实现连续的定向水传输;仙人掌将收集到的雾气从刺尖输送到茎部,以应对干旱环境,其表面的特殊结构有助于实现高效的水分收集和运输;蜥蜴的皮肤表面也有定向液体输送现象,它们利用表面结构控制特定液体的输运方向。

  “在传统认知中,一种液体在生物表面只沿着一个固定方向传输。然而,我们发现了自然界中另一种液体传输方式,即在若绿上发现的选择性定向液体传输现象。”杨玲说。

  在进一步研究中,研究团队运用3D打印技术研制出一种模仿若绿叶片结构的阵列,并提出了一种各向异性弯液面理论模型。实验观测结果显示,通过调整这一仿生阵列的两个折返角和间距,可以精准控制液体的流动方向。

  这些创新性的阵列结构不仅验证了理论模型,也展示了利用结构化表面实现灵活可控的液体输运的新途径。

  “该研究发现的现象有趣且独特,其潜在应用范围广泛。这种新颖的表面结构可以提供微升规模的受控流体传输。”审稿人对这一研究评价道。

  当前,在医学应用中,微流控芯片的结构设计仍然面临一些挑战,包括如何精确操控微量液体,如何实现高通量和高效率分析检测设备的微型化、集成化和自动化等。

  “如果能够设计出类似若绿表面、具有选择性定向液体传输功能的结构,提供一种新的操控模式,可有效解决流体流动中的多种问题,结合现有的工业和医学应用场景,可以进一步推动这些技术的发展和应用。”杨玲说。

  从西安交通大学硕士毕业后,杨玲进入企业和高校工作了两年。出于内心对科研的向往,她决定前往香港大学继续深造。

  “硕士阶段以能源动力和传热研究为主,偏向工程学,而博士阶段的研究方向则更偏向基础和理论研究,两者有很大的不同。”杨玲说。

  研究方向的转变并没有让杨玲知难而退。“我在生活中处处都能发现科研的灵感。比如,雨滴落在不同表面上的轨迹、水沸腾时的气泡形成现象、孩子们吹出的泡泡形状等。如果带着好奇心观察自然界,会发现很多有意思的现象。”杨玲说。

  同时,课题组的科研理念和合作精神也让杨玲受益匪浅。“我的导师和同伴们都秉持以质量取胜、追求研究深度的理念,而非单纯追逐论文数量的增长。这种纯粹的科研态度深刻地影响了我。”

  对于第一次在顶刊发表论文,杨玲有着自己的感悟。“将个人兴趣融入研究之中,注重每一个细节的打磨与持续改进,积极寻求与他人的合作,这些都是我实现科研目标的关键策略。这些做法不仅提升了研究质量,更让科研过程本身变得充满乐趣与成就感。”

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