三代学生,两次推翻:纳米机器人意外的反转

作者: 王威

来源: 返朴

发布日期: 2022-05-11 08:00:00

本文讲述了哈尔滨工业大学(深圳)教授王威课题组在《德国应用化学》上发表的两篇关于纳米机器人研究的文章背后的故事。文章详细描述了从发现纳米机器人反常运动到通过实验和理论验证其反转机制的过程,涉及三代学生的努力和科学探索的曲折。

真理越辩越明。撰文丨王威(哈尔滨工业大学(深圳)教授)

最近课题组在化学领域的顶刊《德国应用化学》(Angewandte Chemie)上连续发表两篇文章,两篇文章背后都有些曲折的故事,令人深思。前几日分享了第一篇论文的诞生(《从论文搁浅到领域顶刊:一个博士生的涅槃》)。今天来讲讲第二篇:为什么纳米机器人会出乎意料地反着走。

两年多前,我写过一篇关于纳米机器人的科普文《想要纳米机器无所不能?

先看看这里有多少科学》。因为纳米机器人很小很慢,甚至会感觉水都变得异常粘稠,所以要让它动起来,需要开发和宏观世界的机器不一样的方法。而利用化学燃料分解时释放的能量是一种很有效的方法。过氧化氢就是一种经典的燃料,可以分解为氧气和水,并释放出大量的能量,因此被广泛用于火箭的推进。为了加快这一反应,可以用铂金属作为催化剂。

十几年前,科学家发现,如果在一个纳米颗粒的表面覆盖上铂,就可以让它在稀释后的过氧化氢水溶液里快速的游动。这个策略如此简单,机器人的制造也十分便利,因此这种铂基微纳机器人一经推出,深受物理、化学、材料等多个领域科研人员喜爱,风靡科研圈,成为不折不扣的网红产品。

2019年下半年,课题组研二学生吕相龙刚刚完成了他的第一篇SCI论文。如同其他朝气蓬勃的学术新星一样,相龙很乐于尝试各种奇奇怪怪的想法。有一天,他想试试看,如果铂镀层厚度不同,纳米机器人的运动会有什么变化。相龙随手做的这个实验,却得到了完全相反的结果:铂层越厚,纳米机器人不仅没有变慢,反而变快了。更神奇的是,厚铂层的机器人反过来走了!这根本没有道理……

转眼到了2019年的秋季学期,校园里又一次变得熙熙攘攘起来。相龙继续着其他的课题,而材料学院的大四学生陈靖远结束了在美国加州大学尔湾分校的暑期访问学习,回到了深圳。靖远从大二起就在我们课题组做科研,所以从美国刚一回来,他就来到课题组报到,准备开始大四毕业设计。刚好,我把困扰相龙和我的机器人倒转的问题交给靖远,让他做一些力所能及的探索。

2021年夏天,相龙即将前往德国读博;而经历了大起大落的项目,熬走了靖远,又熬走了相龙,迎来了再一次的收尾。通过博士生刘佳钰数月辛苦的完善,并得到了博士生段世芳、彭奕鑫的大力协助,经过N次的论文修订之后,这篇关于理解和控制铂基纳米机器人反转运动的论文终于投递了出去。

好的工作总是命途多舛。这篇关于纳米机器人的工作,从第一次发现现象到最终出版,跨越两年半,历经三代主要负责人(16级本科生陈靖远、18级硕士生吕相龙、20级博士生刘佳钰),我们自以为正确的机理也两次被推翻。一次次的失败、欢欣、反转、意外,真的令人疲惫。但让我们坚持下来的,是想要让全世界都分享我们的发现的渴望,也是一种想要证明自己的信念。

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