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中新网北京8月14日电 (记者 孙自法)记者8月14日从中国科学院理化技术研究所(理化所)获悉，该所仿生智能界面科学中心董智超研究员团队从蝴蝶的“卷喙饮蜜”行为中获得启示，最新研发出一种名为“液膜破裂驱动毛细管富集”(FACE)的新型无泵空气采样器，可服务呼吸系统传染病与空气污染的低成本便捷检测，助力全球健康公平。
研究团队介绍，在自然界，大多蝴蝶伸着长“吸管”(喙)吮吸花蜜，也有蝴蝶“另类”地把吸管卷成一个圈，在环中吐出一小片液膜。他们用X光透视相机追踪发现，当液膜被吸薄到极限、突然破裂的瞬间，破裂产生的力如同无形之手，将整片水膜中的液体瞬间“拽”进食道，一滴不剩。这毫秒级的“脆响”式抽吸，高效又省力，释放的正是液体表面的“能量皮肤”即表面能。
这一基于界面热力学的自然现象，为破局无泵空气采样提供了全新思路。受此启发，研究团队用3D打印做出一个微型“环形跑道”——一个硬币大小的塑料环，中间挂着一层薄薄的液体膜，环的内部藏着毛细管道，模仿蝴蝶吸管里的食物通道。工作时，液体膜暴露在空气中，就像一张粘性“飞毯”，空气中的有害气体、病毒飞沫、农药微粒撞上它，就会被温柔地“粘住”。
同时，这种液态薄膜不仅在实验室状态稳定，还能绑在植保无人机上，在强气流中坚持30秒捕获农药残留，实现让农民不再凭感觉等安全期，无人机飞过即可确定下地时间。
在此基础上仿生研发的新型无泵空气采样器，采样后只要用检测试纸轻轻一碰出口端，触发液膜破裂，其瞬间就像蝴蝶喝水那样，把收集到的所有液体连同里面的“猎物”，一起通过毛细管道送进检测试纸条里，而且整个过程不需要泵、不需要电，全靠物理规律自动运行。
对比传统的气溶胶采样器，新型无泵空气采样器检出灵敏度高出两个数量级；传统设备可能因多种因素导致性能低下，而新型无泵空气采样器实现“采集-回收-检测”一体化，收集与回收效率均近100%，实现痕量生物标志物高保真富集。
研究团队指出，新型无泵空气采样器以低至0.87元人民币(约合0.12美元)的单次材料成本和完全无源驱动设计，提出一种实用的底层空气采样技术方案，从而为气溶胶富集与空气采样技术带来了思维上的底层范式革新：以前，人们总想着用更大的力气去“吸”到更多；现在，科学家利用液膜破裂本身来释放能量，用精巧的物理设计取代笨重的机电设备。
对于全球几十亿生活在电力不稳、医疗资源匮乏地区的人们来说，这种无需电源、无需专业培训、随手可用的空气检测工具，可能是通往健康公平的一把钥匙。
新型无泵空气采样器研发成果论文，近日在国际学术期刊《美国国家科学院院刊》(PNAS)发表。研究团队认为，这项仿生“蝴蝶效应”服务空气检测的技术应用，或许将掀起一场便携式空气监测的革命。(完)
【编辑:张令旗】良渚文化遗址的重要组成部分玉架山考古遗址公园被打造成综合生态复原、公众科普、公共考古等功能的城市文化公园，沿城垣两边而建的郑韩故城国家考古遗址公园成为河南新郑的城市标志，万寿岩国家考古遗址公园集遗址展示、科普教育、学术研究和生态旅游于一体……“十三五”期间，二里头、盘龙城等30余处国家考古遗址公园，累计接待公众亿人次。。
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