熱消息：在微觀世界里建造“液體之門”

廈門大學教授侯旭長期致力于液基材料系統的研究。他聚焦多學科交叉前沿，在微觀世界打造一個“液體之門”。從組建課題組團隊到搭建實驗室、自主開發科研儀器，侯旭帶領團隊潛心研究“液體門控”的新機制與技術應用，踏上“從0到1”的科研路。

在微觀世界打造了一個“液體之門”，實現物質的高效可控運輸與分離——這是廈門大學化學化工學院、物理科學與技術學院雙聘教授侯旭的研究。

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聚焦多學科交叉前沿，今年40歲的侯旭長期致力于液基材料系統的科研，用以提升膜材料的功能與穩定性。他首創和引領的液體門控技術位列世界權威化學組織——國際純粹與應用化學聯合會發布的2020年化學領域十大新興技術。在侯旭團隊的努力下，“液體門控”在化學化工、材料科學、生物醫學、能源環境、航空航天等領域不斷開花結果。

剎那靈感，勇闖“無人區”

侯旭的辦公室里有一張小型棕色雙人沙發。沙發上坐過化學化工領域的專家、研究材料科學的學者，也有生物醫藥專業的學生、人工智能工程師……作為在多學科交叉前沿開展研究的青年科學家，侯旭的朋友圈覆蓋物理、化學、生物、醫學、工程、信息等多個領域。

2006年，侯旭從四川大學生物醫學工程專業畢業，被保送至國家納米科學中心攻讀物理化學博士學位，2012年又前往國外進行膜科學相關的仿生材料應用科學的博士后研究。從生物醫學到物理化學，再到仿生材料科學，對侯旭而言，這段跨多學科的求學經歷是寶貴的財富。“不同學科知識的碰撞，讓我接觸了更加多元的科研思維方式，支撐我嘗試交叉學科研究。”侯旭說。

博士后研究期間，侯旭在一次分離實驗中發現，通過簡單的壓力變化，就可以利用液體開啟關閉氣體與液體的輸運。液體是否也可以成為“門”？

侯旭介紹，在微觀世界，大面積的固體膜材料表面具有難以避免的缺陷。固體膜無法完全阻隔微小物質的傳輸，也會造成途經物質的殘留，時間一長，膜材料就會被污染甚至堵塞，這正是污水處理、空氣凈化、海水淡化等場景中的痛點。

但液面沒有這種缺陷。“液體的流動性能使材料表面達到分子級的平整。若將液體穩定在固體多孔膜中，讓多孔膜作為‘門框’，液體作為‘門’，在壓強作用下，‘液門’關閉時，即使是氣體分子也無法通過，而‘液門’打開時，就可以實現物質的快速運輸與分離。”侯旭打了個比方，“就像給微觀世界的‘水簾洞’安上智能開關。”

從剎那的靈感出發，侯旭等人于2015年首次提出“液體門控機制”的概念，踏進未知的“無人區”。2016年，侯旭入職廈門大學，成為雙聘教授，組建課題組團隊、搭建實驗室，潛心研究“液體門控”的新機制與技術應用。

腳踏實地，從奇思到現實

踏上一條“從0到1”的科研之路，沒有前人研究可供參考，更缺乏“稱手”的研究工具。

研究初期，為連續觀察和測量微觀尺度的壓強，侯旭購置了傳感器、電源和顯示器等配件，簡單拼裝了一個測壓設備，“數據全靠手抄，一秒就要抄一個數據，抄完后再把數據錄入電腦換算，并進行分析，一天只能做兩三組實驗。”侯旭說。

為更高效地開展實驗，侯旭團隊自主開發了先進的測試儀器和裝置系統。液門流體跨膜壓強測試儀就是其中之一，這是一臺平板電腦大小的銀色方盒，可以實時監測流體跨膜過程中的壓強變化并開展性能分析，同時實現觸屏操作、遠程監控、云端輸出與分析等功能，能明顯提高實驗效率。

挑戰不止于此。“交叉學科研究帶來了最大的驚喜，也帶來了最大的難題。”侯旭介紹，一開始，也有一些人覺得他的想法不切實際，甚至無法實現，意義不大，“我的研究和不少學科領域都存在交叉，但在這些現有領域中又很難找到歸屬。”

經歷短暫的迷茫后，侯旭調整好心態，決定讓事實和時間說話。“跟著別人的腳步走，不如自己引領一條新路。做科研要學會坐冷板凳，只要是自己熱愛并認為正確的事，那就堅持走下去。”

幾年過去，侯旭的團隊發展到30多人，“液體門控”也逐漸發展成形，奇思妙想成為現實。

2018年，侯旭作為項目負責人主持和開展了國家重點研發計劃“納米科技”重點專項孔道膜材料的相關項目，推動海水淡化技術取得新進展；2019年，侯旭團隊開發了曲率可動態調控的碳納米管陣列膜系統，并搭建了海水淡化原型器件；2022年9月，侯旭帶領的團隊在國際學術期刊《自然》上發表最新研究成果，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機制，攻克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。

目前，侯旭團隊已發展了多種響應性液體門控系統，并推動液體門控技術中新概念膜材料在環境工程、化工多相分離、物質檢測、智慧農業、生物醫學工程等方面的應用。

服務社會，做有價值的科研

科研之路沒有終點。侯旭的課題組吸納了來自生物、醫學、物理、機械、儀器、化學化工、人工智能等多專業的學生，團隊在交流與合作中不斷接觸和學習新知識。

如何設計和制備“液體門控”體系中更可控、更穩定、響應性更強的液基材料？如何突破液基材料體系的制備理論和技術？“還有很多問題需要繼續努力探索。”侯旭說。

“我們對這項研究的發展非常有信心。”提及液體門控技術未來的應用前景，侯旭打開了話匣，“液體門控技術不僅能在污水處理、空氣凈化等大規模過濾和分離過程中發揮重要作用，還將在能量轉換與存儲、物質檢測、界面傳輸、便攜式可穿戴設備等前沿應用領域帶來驚喜。”這段時間，侯旭在探索新技術的產學研合作，“希望能加速實現前沿科學技術的成果落地，盡快服務社會。”

從事科研工作以來，侯旭已在國內外高水平學術期刊上發表論文100余篇，并獲評第二屆全國創新爭先獎、科學探索獎、中國化學會青年化學獎、國際仿生工程學會杰出青年獎等榮譽。

在科研攻關之余，侯旭還熱衷于從事科普工作。在鄉村學校，他把艱深的前沿技術講成生動的故事；在實驗室里，他指導高中生學員實踐科研探索項目；在電視屏幕前，他同年輕觀眾開展科普對話……“我們這一代科研工作者非常幸運，國家的發展給我們帶來了更強的科研自信，我希望把這樣一份力量傳遞給我們的下一代。”侯旭說。

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