一滴雨水落到地上，受重力作用變成了不規(guī)則的“一灘”，但如果地面有細(xì)細(xì)的灰塵，雨滴掉在上面，在灰塵里打個(gè)滾，穿著“灰塵”外衣的水滴便能穩(wěn)定地保持“水滴”的形狀。西北工業(yè)大學(xué)理學(xué)院臧渡洋教授的團(tuán)隊(duì)受此啟發(fā)，用一層微納米顆粒均勻地包裹在水滴表面，為水滴“穿上鎧甲”，這時(shí)水滴落到桌面后不會(huì)馬上攤開并沾在上面，而是成為了一顆“液體彈珠”，不但可以保持形態(tài)在桌面滾動(dòng)，甚至還可以蹦來(lái)蹦去，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，在細(xì)胞培養(yǎng)中起到重要作用。

　　聲場(chǎng)作用下

　　“液體彈珠”開閉自如

　　研究發(fā)現(xiàn)，在聲場(chǎng)中水滴穩(wěn)定的懸浮，仿佛被一只“無(wú)形”的手托舉。臧渡洋老師這樣介紹，他們發(fā)現(xiàn)利用聲場(chǎng)強(qiáng)度的變化，可以控制“液體彈珠”表面“鎧甲”的打開和閉合。當(dāng)聲場(chǎng)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)打開一對(duì)窗口，液體便會(huì)從“鎧甲”中顯露出來(lái)，這種操作是完全可逆的，通過調(diào)節(jié)聲場(chǎng)強(qiáng)弱，可以自由實(shí)現(xiàn)水滴表面微納層的打開與閉合。同時(shí)在聲場(chǎng)中的兩個(gè)或多個(gè)液滴，只需調(diào)節(jié)聲場(chǎng)強(qiáng)度，就可以將不同的液滴拉到一起并融合為一個(gè)。

　　利用這一手段，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”，就能很便利地從液滴中抽取、植入成分，控制液滴內(nèi)部反應(yīng)，能實(shí)現(xiàn)含有不同的成分液體融合反應(yīng)。在水滴“立體”反應(yīng)器中，細(xì)胞可以進(jìn)行三維生長(zhǎng)，且不會(huì)接觸“器皿壁”，避免了在普通培養(yǎng)皿中，單純二維生長(zhǎng)，容易被皿壁污染的缺點(diǎn)。他們將老鼠的胚胎干細(xì)胞放在“液體彈珠”中培養(yǎng)，成功培育出三維心肌細(xì)胞。

　　“不速之客”氣泡

　　打開新的研究方向

　　2013年4月，臧老師的兩位學(xué)生正在觀察聲場(chǎng)中懸浮的水滴。一眨眼的工夫，出現(xiàn)了一件奇怪的事，一直懸浮得很穩(wěn)定的水滴不見了，聲場(chǎng)中飄著的，竟然是一個(gè)氣泡，而且這個(gè)氣泡非常穩(wěn)定，可以保持很長(zhǎng)時(shí)間。學(xué)生將遇到的情況和數(shù)據(jù)及視頻告訴了臧老師。

　　團(tuán)隊(duì)對(duì)這種奇特現(xiàn)象進(jìn)行了5年的研究，終于發(fā)現(xiàn)在超聲懸浮條件下，隨著聲場(chǎng)強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，液滴可以被聲場(chǎng)“壓”成薄片狀的液膜；繼續(xù)調(diào)控聲場(chǎng)，薄膜被彎成碗狀；一旦碗狀液膜達(dá)到合適的體積，便會(huì)與聲場(chǎng)產(chǎn)生共振，大量吸收振源的能量，而導(dǎo)致腔體的劇烈膨脹并迅速閉合形成氣泡。該成果為液滴動(dòng)力學(xué)操縱領(lǐng)域的研究提供了嶄新的思路和方法，對(duì)殼核型軟材料制備、藥物封裝等領(lǐng)域也有一定的借鑒意義。

　　新方法嘗試做納米氣泡

　　污水處理作用大

　　臧渡洋老師介紹，可以利用這樣的方法嘗試制作納米氣泡，它的活性和穩(wěn)定性都很高，在污水處理等方面可以發(fā)揮巨大作用，還可以在這種穩(wěn)定均勻的氣泡表面有序排列微納米顆粒，當(dāng)氣泡破碎后，就得到了新型的微納米材料，氣泡就像一個(gè)“模具”，比用水滴作“模具”有好得多的效果。臧老師說，氣泡在人們生產(chǎn)生活中扮演著不可或缺的重要角色，比如在食品加工的發(fā)酵和膨化就是氣泡形成的過程，在制藥、化妝品、礦物浮選等諸多領(lǐng)域也都少不了氣泡的作用。通過聲控技術(shù)實(shí)現(xiàn)的液體氣泡，無(wú)疑從理論研究和實(shí)際運(yùn)用方面都具有巨大的潛力。

　　本報(bào)記者  張彥剛