猪笼草-北京航空航天大学

导语:2016年4月7日,国际权威科学期刊《Nature》在线发表了北航机械工程及自动化学院陈华伟教授、张德远教授、化学与环境学院江雷院士等的研究成果 “Continuous directional water transport on the peristome surface of Nepenthes alata”(《猪笼草口缘区表面液膜连续定向搬运机制》)。而这次发现诞生于北航“仿生与微纳生物制造技术研究中心”实验室,又是一次师法自然的伟大成果。 论文链接

2013年下半年的某一天,像往常一样,张鹏飞博士在显微镜下观察从市场买来的猪笼草,突然发现了一个有趣的现象——“水在猪笼草口沿能自动地自下而上搬运”,他把实验结果总结后马上向导师汇报。
殊不知,这正是本次发现的灵感源头。
所谓“灵感”,从来不是毫无准备的人一拍脑袋就有的,张鹏飞博士说,在对猪笼草做口沿部分的电镜扫描时,他其实就隐约察觉它的口沿结构暗藏玄机。而这种直觉就是来自他日积月累阅读的大量文献。

就是它了! 导师:

果然,在看过学生拍摄的视频之后,张德远教授结合多年的工程经验,当即毅然决定加大对猪笼草的研究力度,事实证明,这是一个十分有远见的科研决策。
事实上,在此之前,哈佛大学已在《Nature》上发表了论文关于“模仿猪笼草的仿生超滑表面”,但相关研究仅停留在口沿具有液膜表现超滑的结果仿生上。而这次的发现则深入到猪笼草口沿微纳结构如何影响液膜的形成。后续研究表明,猪笼草口沿具有多级沟槽,且在最小尺度的沟槽内还分布有单一朝向的具有楔形夹角的盲孔结构,它能形成负压锁住液体,这就能让水像长着脚似的,一级一级搬运,实现连续的多级搬运。
也正是导师对科学前沿敏锐的嗅觉和丰厚的科研经验积累,将日常的“灵光一现”变成了一颗镶在科学王冠上的“璀璨明珠”。

科研的路 远不止一篇论文

终于在2015年年初,该团队首次向《nature》投稿。在整个写稿和修改的过程中,北航其它学院的科研团队给予了很大的帮助,化学学院的江雷院士一起合作组织和撰写了文章的内容,而同为化学学院的蒋滢教授则对理论的相关公式进行了推导,此外研究还得到了中科院理化所,吉林大学等老师的讨论帮助。这同样又是一个交叉学科的崭新成果。
之后的整整一年,大家都在不断修正论证。最终,一千多字的论文被附上了十几页的补充材料。

结语:科学研究并不会止于一篇论文,相反,这仅仅是一个开端而已。团队正在致力于将这次的发现运用于“微创手术器械的防粘技术”,技术难点就在于猪笼草口沿结构具有复杂的三维结构特征,且处在微纳尺度,要在金属材料上加工出来具有很大难度。但我们相信,这样的团队终将克服困难,取得一个又一个突破。

文字/策划:颜寒祺 李孔华 设计:林长宏 任天妹 摄影/视频:任天妹 牛政 素材提供:北航机械工程及自动化学院 编审:门户网站总编总监工作室

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