在微观世界里建造“液体之门”|世界讯息

人民日报海外版 2023-04-26 10:56:55

在微观世界里建造“液体之门”（主题）

(资料图片仅供参考)

人民日报海外版记者施钰

在微观世界打造了一个“液体之门”，实现物质的高效可控运输与分离——这是厦门大学化学化工学院、物理科学与技术学院双聘教授侯旭的研究。

聚焦多学科交叉前沿，今年40岁的侯旭长期致力于液基材料系统的科研，用以提升膜材料的功能与稳定性。他首创和引领的液体门控技术位列世界权威化学组织——国际纯粹与应用化学联合会发布的2020年化学领域十大新兴技术。在侯旭团队的努力下，“液体门控”在化学化工、材料科学、生物医学、能源环境、航空航天等领域不断开花结果。

在实验室里工作的侯旭。（受访者供图）

刹那灵感，勇闯“无人区”

侯旭的办公室里有一张小型棕色双人沙发。沙发上坐过化学化工领域的专家、研究材料科学的学者，也有生物医药专业的学生、人工智能工程师……作为在多学科交叉前沿开展研究的青年科学家，侯旭的朋友圈覆盖物理、化学、生物、医学、工程、信息等多个领域。

2006年，侯旭从四川大学生物医学工程专业毕业，被保送至国家纳米科学中心攻读物理化学博士学位，2012年又前往国外进行膜科学相关的仿生材料应用科学的博士后研究。从生物医学到物理化学，再到仿生材料科学，对侯旭而言，这段跨多学科的求学经历是宝贵的财富。“不同学科知识的碰撞，让我接触了更加多元的科研思维方式，支撑我尝试交叉学科研究。”侯旭说。

博士后研究期间，侯旭在一次分离实验中发现，通过简单的压力变化，就可以利用液体开启关闭气体与液体的输运。液体是否也可以成为“门”？

侯旭介绍，在微观世界，大面积的固体膜材料表面具有难以避免的缺陷。固体膜无法完全阻隔微小物质的传输，也会造成途经物质的残留，时间一长，膜材料就会被污染甚至堵塞，这正是污水处理、空气净化、海水淡化等场景中的痛点。

但液面没有这种缺陷。“液体的流动性能使材料表面达到分子级的平整。若将液体稳定在固体多孔膜中，让多孔膜作为‘门框’，液体作为‘门’，在压强作用下，‘液门’关闭时，即使是气体分子也无法通过，而‘液门’打开时，就可以实现物质的快速运输与分离。”侯旭打了个比方，“就像给微观世界的‘水帘洞’安上智能开关。”

从刹那的灵感出发，侯旭等人于2015年首次提出“液体门控机制”的概念，踏进未知的“无人区”。2016年，侯旭入职厦门大学，成为双聘教授，组建课题组团队、搭建实验室，潜心研究“液体门控”的新机制与技术应用。

脚踏实地，从奇思到现实

踏上一条“从0到1”的科研之路，没有前人研究可供参考，更缺乏“称手”的研究工具。

研究初期，为连续观察和测量微观尺度的压强，侯旭购置了传感器、电源和显示器等配件，简单拼装了一个测压设备，“数据全靠手抄，一秒就要抄一个数据，抄完后再把数据录入电脑换算，并进行分析，一天只能做两三组实验。”侯旭说。

为更高效地开展实验，侯旭团队自主开发了先进的测试仪器和装置系统。液门流体跨膜压强测试仪就是其中之一，这是一台平板电脑大小的银色方盒，可以实时监测流体跨膜过程中的压强变化并开展性能分析，同时实现触屏操作、远程监控、云端输出与分析等功能，能明显提高实验效率。

挑战不止于此。“交叉学科研究带来了最大的惊喜，也带来了最大的难题。”侯旭介绍，一开始，也有一些人觉得他的想法不切实际，甚至无法实现，意义不大，“我的研究和不少学科领域都存在交叉，但在这些现有领域中又很难找到归属。”

经历短暂的迷茫后，侯旭调整好心态，决定让事实和时间说话。“跟着别人的脚步走，不如自己引领一条新路。做科研要学会坐冷板凳，只要是自己热爱并认为正确的事，那就坚持走下去。”

几年过去，侯旭的团队发展到30多人，“液体门控”也逐渐发展成形，奇思妙想成为现实。

目前，侯旭团队已发展了多种响应性液体门控系统，并推动液体门控技术中新概念膜材料在环境工程、化工多相分离、物质检测、智慧农业、生物医学工程等方面的应用。

服务社会，做有价值的科研

科研之路没有终点。侯旭的课题组吸纳了来自生物、医学、物理、机械、仪器、化学化工、人工智能等多专业的学生，团队在交流与合作中不断接触和学习新知识。

如何设计和制备“液体门控”体系中更可控、更稳定、响应性更强的液基材料？如何突破液基材料体系的制备理论和技术？“还有很多问题需要继续努力探索。”侯旭说。

“我们对这项研究的发展非常有信心。”提及液体门控技术未来的应用前景，侯旭打开了话匣，“液体门控技术不仅能在污水处理、空气净化等大规模过滤和分离过程中发挥重要作用，还将在能量转换与存储、物质检测、界面传输、便携式可穿戴设备等前沿应用领域带来惊喜。”这段时间，侯旭在探索新技术的产学研合作，“希望能加速实现前沿科学技术的成果落地，尽快服务社会。”

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