一滴雨水，從天而降，落到地上，在重力作用下，摔成了不規(guī)則的“一灘”，這似乎已成為我們司空見慣的場景，但卻不盡然——如果地面有細(xì)細(xì)的灰塵，雨滴掉在上面，在灰塵里打個(gè)滾，穿著“灰塵”外衣的雨滴便能像彈珠一樣穩(wěn)定地保持球形。
從這一現(xiàn)象出發(fā)，科研人員開始為水滴“穿上鎧甲”。他們用疏水的微納米顆粒均勻地包覆在水滴表面，這樣的水滴落到桌面后并不會(huì)鋪?zhàn)饕粸墙?jīng)過幾次彈跳滾動(dòng)后依舊穩(wěn)定地保持著球形。正因?yàn)橛羞@層不潤濕的微納“鎧甲”，讓水滴有了“常形”，成為不同于普通水滴的“液體彈珠”，這使操控、轉(zhuǎn)移水滴更加方便。
而這種穩(wěn)定的“液體彈珠”更可作為理想的微型生物/化學(xué)反應(yīng)器。這種“液滴反應(yīng)器”與普通的培養(yǎng)皿比較，具有巨大的優(yōu)勢。如在細(xì)胞培養(yǎng)的過程中，細(xì)胞在傳統(tǒng)培養(yǎng)皿中的貼壁生長很難避免，只進(jìn)行二維生長，且有接觸到器皿壁被污染的風(fēng)險(xiǎn)；而這種“液滴培養(yǎng)器”極大降低了污染的可能，避免了貼壁生長，讓細(xì)胞可以在三維方向上生長、分裂與分化。西北工業(yè)大學(xué)科研人員曾與澳大利亞相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜液献鳎瑢⒋笫蟮呐咛ジ杉?xì)胞放在液體彈珠中培養(yǎng)，成功培育出了大鼠三維心肌細(xì)胞。
對(duì)水滴的研究并未止步于此。科研人員又開展了用聲場控制水滴的研究。超聲懸浮技術(shù)可以讓液滴穩(wěn)定地懸浮在聲場中。通過對(duì)聲場的操作，可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)液滴的凝并。只需調(diào)節(jié)聲場強(qiáng)度，就可以將懸浮于聲場中的不同液滴“拉”到一起并融合為一新的整體。這種“凝并”有什么應(yīng)用意義呢？我們可以借助聲場，將多個(gè)包含不同反應(yīng)物質(zhì)的小液滴融合在一起，不需要其他外力，液滴便可以在聲場中加速流動(dòng)、混合和反應(yīng)。這種方式可以克服傳統(tǒng)反應(yīng)器皿和人工操作的種種弊端。
不僅如此，西北工業(yè)大學(xué)的科研人員發(fā)現(xiàn)通過調(diào)節(jié)聲場強(qiáng)度，懸浮的液滴可以被聲場“壓”成薄片狀的液膜；繼續(xù)調(diào)節(jié)聲場，薄膜被彎成碗狀；一旦碗狀液膜的腔體達(dá)到合適的體積，便會(huì)與聲場產(chǎn)生共振，大量吸收聲場的能量，導(dǎo)致腔體劇烈膨脹并迅速閉合形成氣泡，成功實(shí)現(xiàn)了聲場中的“液膜-氣泡”的反常轉(zhuǎn)變，開辟了一條制備氣泡的新途徑。
如果將液體彈珠放進(jìn)聲場中，又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？
科研人員研究發(fā)現(xiàn)，利用聲場強(qiáng)度的變化，可以控制“液體彈珠”表面“鎧甲”的打開和閉合。在聲場中，液體彈珠的“赤道”位置受拉力，在“南北極”位置受壓力。當(dāng)聲場足夠大的時(shí)候，在拉力和壓力共同作用下，液體彈珠“南北極”的“鎧甲”便會(huì)沿經(jīng)線方向打開，其內(nèi)部液滴便會(huì)從中顯露出來。
這扇門一旦打開，還能關(guān)閉嗎？答案是肯定的。通過調(diào)節(jié)聲場強(qiáng)弱，可以自由實(shí)現(xiàn)水滴表面微納顆粒層的打開與閉合的可逆操作。而這種“開合”的重要意義便在于，當(dāng)“液體彈珠”作為微型生物/化學(xué)反應(yīng)器時(shí)，可以通過“開閉門”的方法，更加快速方便地從液滴中抽取或注入成分，使控制液體彈珠內(nèi)的生化反應(yīng)成為可能。
（作者臧渡洋系西北工業(yè)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授，王玉涵系西北工業(yè)大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院碩士研究生）
【免責(zé)聲明】本文轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)，與科技網(wǎng)無關(guān)。科技網(wǎng)站對(duì)文中陳述、觀點(diǎn)判斷保持中立，不對(duì)所包含內(nèi)容的準(zhǔn)確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請(qǐng)讀者僅作參考，并請(qǐng)自行承擔(dān)全部責(zé)任。