“一扇可以穿梭在任意星球的星際之門突然動了起來，巨大的能量從星門中沖出，但很快又收了回去，形成一扇水波狀的門洞?！?/span>
這是1994年全球賣座的好萊塢科幻電影《星際之門》中的場景。
9月26日晚，“80后”廈門大學教授侯旭帶領的團隊在國際學術期刊《自然》上發表了他們最新的研究成果，首次運用“液體門控技術”，提出不同微尺度的顆粒物在水界面上的高效過濾與吸收的核心機制。值得一提的是，侯旭也是剛剛發布的第四屆“科學探索獎”前沿交叉方向的獲獎者。
這一次，他們將這扇“水波狀的門”從科幻中帶到現實來，并為空氣凈化器的設計提供了全新的思路?！芭K的空氣進入‘液體門’后，出來就干凈了。”
科學家“玩水”，能有多溜？
“液體門控”，就像是微觀世界里的開關。
它是指微尺度孔道利用毛細力作用，將液體穩定地填充在孔道內部，在一定壓力下迅速開啟，在多孔材料孔道內壁形成有液體層的通路，并具有可逆調控性。
“空氣中的顆粒物，要么被‘門’物理隔絕，要么被‘門’直接吸收，出來的都是經過‘篩選’后安全的空氣。”侯旭說。
侯旭對“液體門”最初的靈感，正是因少時觀看《星際之門》而萌發的。
侯旭愛“玩”科研，2006年從四川大學創新人才班本科畢業后，一路“玩兒”到了國家納米科學中心、哈佛大學。在一次偶然的分離實驗中，他發現氣體會在超過某一個臨界壓強值時從液體中穿過，而低于這個壓強時無法穿過。
“宏觀世界里的‘門’通常是固態的。因為液體受到了重力或離心力，無法穩定成‘門’。那么，微觀世界呢？”這一刻，侯旭離暢想中的“液體門”更近一步。
他還自學了解到了生物肺泡中的一種結構——庫氏孔。
肺泡是一種由液體填充的組織，而肺泡上的庫氏孔可以根據周圍壓力變化進行彈性收縮，形成一種可以開關的孔道。當壓力較小時，液體會充滿孔道并將其密封，當壓力較大時，液體密封“門”則迅速打開，在液“門”開關之間，肺泡中的氣體便隨之被放行或阻擋在外。
受此啟發，在哈佛大學近4年時間，侯旭一股腦兒鉆進“液體門”的微觀世界里。2015年，侯旭等首次提出了“液體門控機制”的概念，即讓一種液體穩定在多孔膜中，多孔膜就像門框，而利用液體作為門來實現對物質的可控輸運與分離。
微觀世界里的“水簾洞”
2016年，侯旭放棄了哈佛-麻省理工醫療科技學院提供的職位，來到廈門大學組建起課題組團隊、搭建實驗室，將“液體門控”原理具體發展成形，并發明“液體門控”技術。
為什么一定要創造“液體門”？
“很多場景都急需一種極度密封、光滑平整、穩定、靈敏的膜材料來做‘門’，比如生物醫用導管膜材料、智能農業大棚膜，甚至包括重金屬污染物與毒品快速檢測技術?！焙钚裾f。
在微觀世界里，固體膜材料很難避免缺陷，無法百分之百阻隔微小物質的傳輸，如氣體分子。而“液體門控”非常完美地解決了這一難題：“流動的‘液體門’封閉時，即使是氣體分子也無法通過；打開時，‘門控液體’光滑的界面又可以使通過的物質暢通無阻、毫無殘留?！保ㄏ罗D第四版）（上接第一版）
彼時，也有人覺得侯旭的這一想法“沒有意義”。
面對非議，侯旭沒有絲毫動搖。
“門的一個重要作用，是為了實現分離?，F有的物理化學手段，可使用膜分離技術，通過改變壓強等，實現氣體、液體的分離，以及液體、液體的分離?！焙钚裾f，傳統的方法有許多麻煩：一是多數氣體分子的大小比膜的孔徑還小，這些氣體就容易“逃跑”，無法控制；二是分離多相物質就要多次調整應用壓力。
對此，侯旭團隊反其道而行。“想創造出氣體的‘開關’，像庫氏孔一樣，不調整壓力（在穩定的環境下），就能讓氣體、液體實現分離。”
受“肺泡”啟迪，侯旭團隊想到了有機高分子彈性體材料作為“液體門”的材料，在施加和釋放壓力的條件下，可動態改變形狀。而為了抵消液體在宏觀狀態下不穩定的劣勢，他們巧妙地選用與“門控液體”有相似化學組成的固體多孔膜材料來充當“門框”。
如同微觀世界里的智能“水簾洞”，當“妖怪”（空氣中的顆粒物）進入“水簾洞”時，“大妖怪”（如，PM10的大顆粒）被直接擋在里面，試圖竄逃的“小妖怪”（如，PM2.5的小顆粒）則被“水簾洞”吸收了。
“整套系統集成了過濾和吸附兩種功能，通過對膜孔道的修飾和‘門控液體’的選擇，可實現門控體系對所傳輸物質的物理化學響應。”侯旭說。
在微觀中書寫宏觀命題
“響應性液體門控技術”打通了現有空氣凈化中從過濾吸收、防污防腐、抗菌除臭到長期運行的技術難關。
近年來，世界多個地區連續受大范圍霧霾天氣影響，空氣質量呈現重度污染狀態。世界衛生組織（WHO）2021年發布的報告顯示，空氣污染已經成為“人類健康的最大環境威脅”之一，全球每分鐘就有13人死于空氣污染。
中國奧維云網（AVC）數據顯示，2021年中國空氣凈化器零售規模65.9億元，零售量383萬臺。目前常用的空氣凈化器技術主要有HEPA過濾技術、靜電集塵滅菌技術、活性炭吸附凈化技術、負離子凈化技術等。
“這些系統多由多層纖維膜或多孔材料組成的過濾膜單元構成，隨著顆粒在其表面和內部孔隙的堆積，這些過濾單元將不可避免地遭受堵塞問題，限制了這類過濾裝置的效率和使用壽命。”侯旭說。
市場一直在期待一種凈化效率高、使用壽命長、無需復雜維護的凈化系統。
“液體門控技術”將傳統固體材料對污染物過濾所使用的有效表面積轉換成液體材料對污染物過濾吸收的有效體積，實現對污染物處理量的數量級提升，提高凈化效率和凈化器的塵容量。
“相較商用的濾網式過濾器，其塵容量（過濾器容納灰塵的能力）能達到商用的4.5倍。此外，不同于商用的濾網式過濾器，該方法生產的過濾器可通過流動液體而長期使用?！焙钚裾f。
其實，早在兩年前，侯旭團隊的“液體門控技術”，就被世界權威化學組織“國際純粹與應用化學聯合會IUPAC”評為“2020年全球化學領域十大新興技術”。
質疑聲，也隨之消失，更多的目光，投向了“液體門”。
在這之后，侯旭團隊收到了錢學森空間技術實驗室的合作邀請，共同破解在空間站上微重力下的流體管理系統所遇到的瓶頸問題。今年，雙方合作發表了關于微重條件下的流體傳輸控制的研究論文。
“未來該技術將為工業、醫療、建筑等領域急需的防治大氣污染如粉塵細菌病毒、提升空氣質量、改善人居環境等環保、健康、民生問題提供技術保障，還可與人工智能、微流控技術等集成應用，有望實現智能空氣凈化，滿足未來不同環境下的空氣凈化需求。”侯旭說。
