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在2020年10月第三届世界顶尖科学家论坛上,一位中国年轻科学家成为论坛最靓的崽,一众诺贝尔奖、图灵奖获得者及院士们等全球最强大脑为之打卡。

他就是荣获2020年全国创新争先奖、中国科学院院长奖的青年科学家侯旭,他的液体门控技术,被国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)列为2020年化学领域十大新兴技术,科学家们一致认为液体门控作为一项颠覆性的科学技术,将引领材料科学的发展,使化工行业发生深刻变革。

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01 | 液体门控技术

“液体门”?就是花果山的水帘洞一样的门吗?恭喜你,答对一小半,两者原理基本相同,但功能作用却大相径庭。“液体门”又称液体门控技术,主要应用在膜材料上,以过滤与分离各种流体。这种技术也广泛应用在医学材料、化学传感检查、生物3D打印和微流控芯片等领域,已成为“联合国的可持续发展目标6”的重要支撑技术。

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02 | 液体门的原理

介绍之前先插个广告科普一下,世界可分为宏观世界和微观世界,我们裸眼可见的皆为宏观世界,通过显微镜观察到的为微观世界。顺便剧透一下微观世界的生物是发现不了我们的,当然你也别洋洋得意,说不定在宇宙中还有一个超级宏观世界的生物也在拿显微镜偷窥我们,要不然宇宙如此宏大,随便到一个星系都要飞行几万年以上。有点跑题了,下次专门谈谈这个话题。

言归正传,宏观世界上的门基本上都是固体的,像柴门、钢门、阀门等等,但微观世界的门却形态各异,最常见的就是一些固体膜材料的分子层。比如口罩中间的那层熔喷布就是微观中的“门”,戴上后能挡住细小病毒进去。

不过这种固体门也有几个致命的问题:一是有点死脑筋也就是一根筋,不能根据需要自动打开或关闭;二是它不能阻挡更微小的物质,像气体分子就可如崂山道士一样轻松穿越;三是这种“门”的缝隙口在那些更细小物质穿过时,常常把它们中的“胖子”卡住了,让其进出不得,久而久之,“胖子”堆积如山,膜材料就会被污染或堵塞,这也是我们在污水处理、空气净化、海水淡化中经常碰到的难题。

侯旭发明的“液体门”是流动性的,因此它的表面达到分子级的光滑,整个表面没有任何缝隙。关上液体门城里的冲不出来,城外的也杀不进来,打开门畅通无阻,不留残渣,人畜无害。而且‘液体门’对压力很敏感,灵敏度非常高,开关迅速自如。

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03 | 液体门控技术的突破

侯旭是怎么突破液体门控技术的呢?鲜花和掌声背后必定是艰辛和汗水,在发明液体门技术的时候,他也曾遇到很多瓶颈,多次试验没有成功。侯旭爱看科普内容的电视,从中获取灵感。

有天他看到一段介绍关于肺怎么呼吸的视频时,突然茅塞顿开,想到了用液体做“门”的巧妙办法。动物的肺里有一种由液体填充的组织肺泡,肺泡上的孔可根据外界压力变化而张缩,形成可开关的孔道。当压力较小时,液体充满肺泡上的孔道将其密封,当压力较大时,液体密封“门”就会马上打开,在液体“门”打开和关闭之间,肺泡中的气体便可通行或阻挡。侯旭受此启发,提出了“液体门控”概念。

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04 | 液体门控的应用

液体门的应用非常广泛,说多了要穿越很多行业领域,比较烧脑,就鼓捣个高深一个的例子吧,讲讲用液体门控做的医用导管。所谓医用导管就是插入人体的柔软管道,一般用于微创式医疗器械植入或者液体引流,如导尿管、血透管等等。

传统导管性能单一,像冷冰冰的单身狗一样,不会与对方沟通,植入后与人体环境不来电,而且还容易引起的血栓、感染等问题。液体门控做的导管,当内外压差变化时,门控液体可动态变化,不同于传统医用导管的药物只能从端口进末端出,门控液体导管能根据人体环境变化而变化,并且具有抗凝血功能。

一句话,液体门导管能与人体环境交流并做出调整,具有一定的智能性。

科技改变世界,中国科技也开始拥有改变世界的力量,相信有一天,中国也会站在科学的前沿,引领世界科技的发展。