科学发明的奇思妙想源于童年乐趣

UFO爱好者

　　从微型晶体管的发明，到颗粒分离的研究，从微流体设备的制造，再到肿瘤的对症下药，这些别具一格的奇思妙想往往可以追溯到童年的乐趣。科学技术的进步可以借助微不足道的跳板来实现。1609年，伽利略利用自己摆弄出的玩具级望远镜，观察月球和木星，促使天文学跃上了一个新台阶。大约又过了150年，本杰明?富兰克林利用风筝‘偷电’，这是已知最早的有关电容器的实验。追寻这一传统，研究人员得出的结论是，玩具激发出来的东西远远不止给孩子们带来乐趣。
　　蚀刻素描提供的借鉴
　　图:幼儿园的画图板——在绘制线条的时候，需要用蚀刻素描笔刮去玻璃屏幕底部的铝粉。美国匹兹堡大学的物理学教授杰里米?利维得到的启发是，能否把这种玩具的划线方法借鉴到纳米线的刻制和清除上。
　　“实验室基本上是一个能给人带来荣誉的玩耍之地，”匹兹堡大学的物理学教授杰里米?利维如是说。“我们所做的实验，其实是一种非常高级的游戏，因为我们正在探索未知的东西。”
　　利维目前所从事的探索工作源自于他见到过的一种绘画玩具。2006年，他在德国奥格斯堡大学做学术访问时，无意中观察到一块由两片绝缘层做成的小芯片。这块芯片让利维产生了好奇，因为它在施加电压后，可以起到开关的作用——即可以在导电和绝缘之间相互切换。“在他们向我展示数据时，我联想到的却是蚀刻素描，”利维回忆道。
　　蚀刻素描在绘制线条的时候，需要用笔刮去玻璃屏幕底部的铝粉。利维在思考，能否把这种玩具的划线方法借鉴到纳米线的刻制和清除上？
　　列维和他的同事们用原子力显微镜和两片绝缘体（镧氧化铝和锶钛氧化物），研制出了一枚纳米晶体管。与蚀刻素描不同的是，他们的技术不需要刮擦。当显微镜的尖端把正电压施加到材料表面时，它就在氧化层之间的空白处画出了导线。该导线宽度可以精细到2纳米（一纳米约合十亿分之一米）。同时他们的技术还克服了蚀刻素描中经常遇到的难题：一旦出现一个小错误，必须全部推倒重来。纳米电子蚀刻素描可以通过施加负电压，对画好的线路进行选择性清除。他们的成果刊登在去年出版的《科学》杂志上。
　　利维表示，利用该技术制作的晶体管比目前使用的硅晶体管小1000倍。说不定哪一天，这种晶体管可以满足半导体行业对微型元件的渴望。但是目前尚无法实现这一目标，因为“从制作一枚晶体管，到让数百万枚晶体管协调工作，尚有很大的障碍需要跨越。”
　　来自乐高的启迪
　　图:微流体带来的乐趣——约翰?霍普金斯大学化学和生物分子工程学助理教授格尔曼?德拉泽和乔勒?弗雷谢特把一块大乐高板上插满了圆柱状乐高钉，然后把板垂直放入盛满粘性液体甘油的鱼缸。他们把各种大小的球轴承扔进鱼缸，观察小球在圆柱状乐高钉周围的运动轨迹。
　　图:乐高板的实验——约翰?霍普金斯大学的研究人员接着旋转乐高板，了解在不同角度下会出现什么结果。为了获取他们所需要的统计数字，他们并扔进了几百个小球。
　　相信不会有几个孩子会从 “关于微流体装置在确定性流体分离时的定向锁定和不可逆的相互作用”中找到乐趣。这篇论文发表在2009年的《物理评论快报》杂志上，两位作者是约翰霍普金斯大学化学和生物分子工程学助理教授格尔曼?德拉泽和乔勒?弗雷谢特。不过他们在该研究中用到的主要工具恰好是一款十分流行的儿童玩具。
　　乐高玩具非常容易让孩子们上手，因此也往往能让他们全神贯注于其中。当然对于约翰霍普金斯大学的研究人员，它却是一种非常实用的工具。“它确实给我们的研究帮了大忙”，弗雷谢特表示。当时她和德拉泽在研究一种微流体技术，用于分离颗粒混合物。微流体涉及到对液体的操控，通常被称作 “芯片上实验室”。微流体装置有非常广泛的应用范围，其中包括医疗诊断和药物输送。为了测试其内在机制，他们制作了一个大比例结构，用以帮助模拟微观粒子的行为。
　　在做颗粒分离实验时，研究人员在一块大乐高板上插满了圆柱状乐高钉，然后把板垂直放入盛满粘性液体甘油的鱼缸。他们把各种大小的球轴承扔进鱼缸，观察小球在圆柱状乐高钉周围的运动轨迹。“这有点像柏青哥机，”弗雷谢特说。她指的是日本出现的一种垂直弹球游戏机。研究人员接着旋转乐高板，了解在不同角度下会出现什么结果。为了获取所需要的统计数字，他们总共扔进了几百个小球。
　　这件用于研究的乐高玩具价值大约50美元。如果把球轴承和甘油都包括进去，弗雷谢特估计整个成本不到300美元。“我知道我的学生一天中用来买化学药品的开支就远不止这么些，”她说。