在一次打噴嚏或咳嗽時，多達40,000個微小液滴被強行從我們的嘴和鼻子推進到空氣中。雖然我們無法控制打噴嚏，但香港城市大學(xué)(CityU)的研究人員最近開發(fā)出一種收集微滴的原始方法，例如這些珍貴的人類露珠，這些方法可以闡明在檢測致病細菌和預(yù)防中的應(yīng)用。疾病的傳播。

由姚熹博士，香港城市大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系助理教授領(lǐng)導(dǎo)的研究工作最近已發(fā)表在科學(xué)雜志的美國國家科學(xué)院論文集美利堅合眾國(PNAS)的，標題為“定向泵送在光滑的表面上的水和油微滴。“

在沒有外力的情況下以受控方式移動油和水基微滴在水收集和生物醫(yī)學(xué)分析中非常有用。但它并不像在窗玻璃上滑下單獨的雨滴那么容易。“微米級(一百萬分之一米)的液滴與其較大的對應(yīng)物(如淚珠)具有非常不同的特性。它們的小尺寸和輕質(zhì)意味著正常的重力拉動在移動它們時微不足道，”姚博士解釋說，誰是該論文的通訊作者。

收集微滴還有其他努力。然而，以受控的方式進行，或在特定方向上移動單個液滴，對科學(xué)家來說仍然是一個挑戰(zhàn)。

使昆蟲能夠在水面上行走的力量

但該團隊運輸微液滴的創(chuàng)新策略受到自然界中觀察到的“毛細管作用”的啟發(fā)。在自然界中，毛細管力在植物中水和養(yǎng)分的運輸中是重要的。一些走水的昆蟲也利用毛細管力將自己從水面頂部移到岸邊。

毛細管作用是指由于液體的表面張力以及液體分子和管之間的粘合力，液體在窄管內(nèi)的運動。例如，如果我們用放大鏡觀察一管水，我們會看到一個“彎月面” - 由于毛細作用力而在靠近管表面的水的上表面中的曲線。此外，毛細管作用可以作用在彎月面上，以在不借助于外力(例如重力)的情況下并且與之相反的情況下將液體提升到管上。

在實驗室內(nèi)，姚博士的團隊利用這種毛細力在光滑的表面上定向傳輸微滴。通過簡單地印刷壓印在表面上的微型水凝膠點，然后在其上注入薄的硅油層，在水凝膠點周圍形成半月板。當(dāng)用氣溶膠微液滴噴射表面時，由于毛細力，液滴將朝向點移動。

適用于不同的液體

這種策略有幾個優(yōu)點。姚博士的團隊發(fā)現(xiàn)它適用于所有液體，包括水和油，它們與注入的油不混溶。毛細管力的強度由彎月面長度決定。因此，可以估計可以收集微滴的有效距離范圍。此外，運動是連續(xù)的，沒有“飽和”的風(fēng)險。只要液滴在有效距離范圍內(nèi)，就會相應(yīng)地收集所有液滴。

更重要的是，這種策略 - 與之前的其他嘗試不同 - 即使只有一個微滴也可以很好地工作，這有助于識別運動的機制。

低制造成本，廣泛的制造材料選擇以及與各種液滴的兼容性可為進一步研究不同應(yīng)用鋪平道路，包括霧收集，集水，熱交換器，微流體，尤其是生物醫(yī)學(xué)分析甚至細菌殺滅。

潛在的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

在他們的研究中，姚博士的團隊使用含有大腸桿菌或金黃色葡萄球菌的液滴來證明潛在的應(yīng)用。他們發(fā)現(xiàn)，一旦收集到水凝膠點中，就更容易檢測到液滴中的細菌，這種細菌在其他分散的形式下是不容易被發(fā)現(xiàn)的。

“想象一下，在一個封閉的區(qū)域，”姚博士說，“如果我們能夠應(yīng)用這種簡單而強大的技術(shù)來幫助識別引起疾病的細菌。或者，更進一步，想象一下，如果我們可以通過注射生物殺滅劑來殺死這些細菌。事先收集水凝膠點，在人口密集的地區(qū)非常實用，以防止傳染病的傳播。“

該論文的第一作者是城大生物醫(yī)學(xué)系研究生姜杰科和荷蘭特溫特大學(xué)復(fù)雜流體物理學(xué)博士后高俊博士。其他研究人員包括來自城大生物醫(yī)學(xué)科學(xué)系的張恒迪，何文清和張建強，以及新加坡材料研究與工程研究所的Dan Daniel博士。