科学发明的奇思妙想源于童年乐趣
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奇思妙想
科学发明的奇思妙想源于童年乐趣
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
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
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。
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。
Shrinky Dink激发出的灵感
来自Shrinky Dink的灵感——第一批Shrinky Dinks 于1973年10月17日在威斯康星州布鲁克菲尔德购物中心销售。据ShrinkyDinks.com网站介绍，Shrinky Dinks烘烤后，面积会缩小到大约原来的三分之一，但厚度会比原来大八倍。
半生不熟？出于工作需要，美国加州大学生物医学工程副教授米歇尔·凯尼重新玩起了儿时最喜欢的玩具，因为她急需制造微流体芯片的设备。某天的一个晚上，她正在厨房间打发光阴，突然Shrinky Dink让她茅塞顿开。
烤箱里出来的灵感——直接借助Shrinky Dink塑料卡片给她的灵感，米歇尔·凯尼开发出一种制作微流体芯片的技术。目前利用收缩纳米技术制造出来的产品，可以用于干细胞研究设备和太阳能电池。
当米歇尔·凯尼第一次想到借鉴Shrinky Dink开发微流体时，她担心别人会认为这种思路太荒谬。“我听以前的一个实验室合作伙伴说，"你要明白，人们或者喜欢，以为它将引导一场革命，或者会对你冷嘲热讽。”凯尼的工作成果刊登在2008年皇家学会化学期刊《芯片实验室》上。这篇文章被评为该年度访问次数最多的前三甲之一，她收到来自世界各地实验室的几十封电子邮件，他们发出的是赞扬，而不是嘲笑。
凯尼小时候不知道花了多少时间在Shrinky Dink塑料卡片上设计图案，然后放到烤箱内烘烤，看着它们缩小。多年以后，因为工作需要，她又重操‘旧业’，玩起儿时最喜爱的玩具。在加入到一所全新大学时，她急需制造微流体芯片所用的设备。某天晚上，她正在厨房做事，突然Shrinky Dink让她灵感降临。
凯尼知道，当Shrinky Dinks收缩时，塑料卡片上的墨线会隆起，而这正是她为微流体模型苦苦寻求的。于是她买来适合用电脑打印机的Shrinky Dinks塑料卡片，设计好图案，然后放进烤箱。几分钟之后的结果大大超出了她的预期。凯尼没有去做模具，而是开发出一种技术，直接利用Shrinky Dinks塑料卡片制作出微流体芯片。凯尼说，“实际上效果非常理想”，完美到可以在它的基础上创建一家公司。为了生产出可以用来进行诸如干细胞研究和开发太阳能电池的产品，收缩纳米技术公司已经开发了一种新材料，其性能远远超过塑料卡片。凯尼表示：“Shrinky Dinks 的收缩能力是60%，但我们的新型聚合物收缩能力达95%，而且收缩的特性更加一致。”
母子气球联想
气球飘来的抗癌方法——哈佛医学院的施拉迪亚·森古普塔和他的癌症治疗研究团队希望找到一种理想的方法，在阻断肿瘤的血液供应后，还能将化疗药物输送到肿瘤。母子气球的结构让他受到启发，帮助他解决了药物输送的难题，终于开发出包含两层不同药物的纳米细胞。
2002年的一个早晨，施拉迪亚·森古普塔的双眼凝视着车窗外，突然他似乎看到了一个解决棘手问题的答案。他和其他研究癌症治疗的专家希望寻找到一种办法，能在阻断血液供应之后把化疗药物输送到肿瘤。“这个难题几乎就像水龙头关掉之后，还要你想办法把水桶装满。”森古普塔比喻道。他目前是美国波士顿哈佛医学院医学与健康科学技术的助理教授。
他的灵感来自于一次偶然的机会，他在大街上看到有人在推销肚子里装着小气球的大气球。森古普塔马上意识到，这种气球套气球的结构也许可以帮助他解决给药的难题。他的设想是这样的：“大气球”爆掉之后释放出药物阻断通往肿瘤的血管，然后再由“小气球”释放化疗药物。
“我觉得人们一定会惊讶于该方法的简单易行，”他评价道。
森古普塔和他的同事们成功地利用母子气球的原理取得突破，开创了一种治疗癌症的新策略：纳米细胞。 “我们之所以称它为纳米细胞，是因为它的模样就像一颗被脂肪包围着的细胞核，但实际上却比细胞小得多，” 森古普塔介绍说。虽然这种纳米细胞的尺寸不到200纳米，它却包含着两层不同的药。2005年出版的一期《自然》杂志详细描述了这种特殊的给药过程。
森古普塔后来与他人合作创办了蔚蓝制药公司，主要开发以纳米技术为基础的治疗方法。虽然公司目前的产品都属单一药物性质，但公司持有开发双药物纳米细胞的许可证。此外还有一些科学家也从森古普塔借鉴的母子气球中得到启发。在波士顿马萨诸塞综合医院，一个由塔亚柏·哈桑率领的研究小组利用纳米细胞和光动力疗法（光活化剂）治疗胰腺癌。在2009年11月举行的分子靶和癌症治疗大会上，他们展示了利用小鼠所做的实验成果。不过哈桑认为，现在要预测何时可以开展纳米细胞的人体试验还为时过早。“说一句"一旦成熟就立刻实施"，这种回答未免过于简单。”
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
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
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。
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。
Shrinky Dink激发出的灵感
来自Shrinky Dink的灵感——第一批Shrinky Dinks 于1973年10月17日在威斯康星州布鲁克菲尔德购物中心销售。据ShrinkyDinks.com网站介绍，Shrinky Dinks烘烤后，面积会缩小到大约原来的三分之一，但厚度会比原来大八倍。
半生不熟？出于工作需要，美国加州大学生物医学工程副教授米歇尔·凯尼重新玩起了儿时最喜欢的玩具，因为她急需制造微流体芯片的设备。某天的一个晚上，她正在厨房间打发光阴，突然Shrinky Dink让她茅塞顿开。
烤箱里出来的灵感——直接借助Shrinky Dink塑料卡片给她的灵感，米歇尔·凯尼开发出一种制作微流体芯片的技术。目前利用收缩纳米技术制造出来的产品，可以用于干细胞研究设备和太阳能电池。
当米歇尔·凯尼第一次想到借鉴Shrinky Dink开发微流体时，她担心别人会认为这种思路太荒谬。“我听以前的一个实验室合作伙伴说，"你要明白，人们或者喜欢，以为它将引导一场革命，或者会对你冷嘲热讽。”凯尼的工作成果刊登在2008年皇家学会化学期刊《芯片实验室》上。这篇文章被评为该年度访问次数最多的前三甲之一，她收到来自世界各地实验室的几十封电子邮件，他们发出的是赞扬，而不是嘲笑。
凯尼小时候不知道花了多少时间在Shrinky Dink塑料卡片上设计图案，然后放到烤箱内烘烤，看着它们缩小。多年以后，因为工作需要，她又重操‘旧业’，玩起儿时最喜爱的玩具。在加入到一所全新大学时，她急需制造微流体芯片所用的设备。某天晚上，她正在厨房做事，突然Shrinky Dink让她灵感降临。
凯尼知道，当Shrinky Dinks收缩时，塑料卡片上的墨线会隆起，而这正是她为微流体模型苦苦寻求的。于是她买来适合用电脑打印机的Shrinky Dinks塑料卡片，设计好图案，然后放进烤箱。几分钟之后的结果大大超出了她的预期。凯尼没有去做模具，而是开发出一种技术，直接利用Shrinky Dinks塑料卡片制作出微流体芯片。凯尼说，“实际上效果非常理想”，完美到可以在它的基础上创建一家公司。为了生产出可以用来进行诸如干细胞研究和开发太阳能电池的产品，收缩纳米技术公司已经开发了一种新材料，其性能远远超过塑料卡片。凯尼表示：“Shrinky Dinks 的收缩能力是60%，但我们的新型聚合物收缩能力达95%，而且收缩的特性更加一致。”
母子气球联想
气球飘来的抗癌方法——哈佛医学院的施拉迪亚·森古普塔和他的癌症治疗研究团队希望找到一种理想的方法，在阻断肿瘤的血液供应后，还能将化疗药物输送到肿瘤。母子气球的结构让他受到启发，帮助他解决了药物输送的难题，终于开发出包含两层不同药物的纳米细胞。
2002年的一个早晨，施拉迪亚·森古普塔的双眼凝视着车窗外，突然他似乎看到了一个解决棘手问题的答案。他和其他研究癌症治疗的专家希望寻找到一种办法，能在阻断血液供应之后把化疗药物输送到肿瘤。“这个难题几乎就像水龙头关掉之后，还要你想办法把水桶装满。”森古普塔比喻道。他目前是美国波士顿哈佛医学院医学与健康科学技术的助理教授。
他的灵感来自于一次偶然的机会，他在大街上看到有人在推销肚子里装着小气球的大气球。森古普塔马上意识到，这种气球套气球的结构也许可以帮助他解决给药的难题。他的设想是这样的：“大气球”爆掉之后释放出药物阻断通往肿瘤的血管，然后再由“小气球”释放化疗药物。
“我觉得人们一定会惊讶于该方法的简单易行，”他评价道。
森古普塔和他的同事们成功地利用母子气球的原理取得突破，开创了一种治疗癌症的新策略：纳米细胞。 “我们之所以称它为纳米细胞，是因为它的模样就像一颗被脂肪包围着的细胞核，但实际上却比细胞小得多，” 森古普塔介绍说。虽然这种纳米细胞的尺寸不到200纳米，它却包含着两层不同的药。2005年出版的一期《自然》杂志详细描述了这种特殊的给药过程。
森古普塔后来与他人合作创办了蔚蓝制药公司，主要开发以纳米技术为基础的治疗方法。虽然公司目前的产品都属单一药物性质，但公司持有开发双药物纳米细胞的许可证。此外还有一些科学家也从森古普塔借鉴的母子气球中得到启发。在波士顿马萨诸塞综合医院，一个由塔亚柏·哈桑率领的研究小组利用纳米细胞和光动力疗法（光活化剂）治疗胰腺癌。在2009年11月举行的分子靶和癌症治疗大会上，他们展示了利用小鼠所做的实验成果。不过哈桑认为，现在要预测何时可以开展纳米细胞的人体试验还为时过早。“说一句"一旦成熟就立刻实施"，这种回答未免过于简单。”