香港大学杨玲博士讲解Science研究：多肉植物启发的新型液体传输
直播时间：2026年5月21日（周四）20:00——21:30
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内容介绍
香港大学、香港理工大学与山东大学联合研究团队在Science发表题为《Selective directional liquid transport on shoot surfaces of Crassula muscosa》的研究论文，报道了一种启发自多肉植物若绿的新型液体运输机制。研究团队首次发现，同一种液体能够在若绿茎条表面沿两个相反方向实现自发、单向且可选择性的定向流动。这一发现突破了传统生物液体输运体系中同一液体“固定方向传输”的认知，为智能液体操控与可重构微流控系统提供了新的可能。
液体在固体表面的定向传输在生物医学检测、水收集、海水淡化以及传热传质等领域具有重要意义。长期以来，自然界中的多种生物体系为研究人员提供了丰富灵感。例如，仙人掌能够将收集的雾气从刺尖输送至刺根；蜘蛛丝可将捕获的水滴从纺锤结输送至节点；蜥蜴皮肤则通过毛细通道将水输送至口鼻区域；猪笼草唇缘与南洋杉叶也分别依赖多尺度结构和毛细棘轮效应实现液体定向运输。然而，在这些体系中，同一种液体的运动方向始终是固定且唯一的。自然界中是否存在其他液体运输模式？这一问题长期以来尚未得到解答。
若绿（Crassula muscosa）原产于南非和纳米比亚等干旱多雾地区，其茎叶表面易于捕获空气中的雾滴，为植物生长提供水分来源。研究团队在长期观察若绿润湿行为时发现，当液滴滴加在水平放置的不同若绿茎条表面时，液体竟能够分别朝向茎尖或根部方向自发运动。这种现象与传统认知中液体只能沿固定方向传输的规律截然不同。
图1 若绿图片。
进一步研究发现，这一独特现象来源于若绿叶片的不对称折返结构。叶片一端形成朝向茎尖的上折返角（ω1），另一端形成朝向根部的下折返角（ω2）。这种几何不对称性使液体在两个方向铺展时形成不同的弯液面轮廓，进而产生相反方向的驱动力，实现液体沿正反两个方向的选择性定向输运。研究团队进一步提出了各向异性弯液面理论模型，从理论上解释了液体流向的形成机制。
图2 若绿茎表面的选择性定向液体传输。
为了验证这一机制并拓展其工程应用，研究团队利用三维打印技术构建了仿若绿叶片结构阵列（C. muscosa-inspired arrays, CMIAs）。实验发现，通过调控结构折返角与间距，可以精确控制液体的运输方向。在此基础上，研究团队进一步开发了可通过磁场调控与机械拉伸调控的动态CMIAs，实现了液体运输方向的实时切换与重构。相关结构还进一步展示了液体图案化输运、液体分配与自主混合等功能。
图3 磁场控制的选择性定向液体传输。
该研究不仅揭示了自然界中一种此前未知的液体运输机制，也展示了基于不对称双折返结构表面的新型智能液体操控策略。受若绿结构启发的仿生系统，有望为可编程微流控与可重构液体输运提供新的设计思路。
作者简介
论文第一作者为杨玲（现为香港大学机械工程系博士后研究员）、李威（香港大学博士后研究员，现为上海交通大学副教授）。通讯作者为王立秋（香港理工大学讲席教授）、尹晓波（香港大学讲席教授）与李加乾（山东大学研究员）。
论文链接
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adk4180
直播预告
在本期 iCANX 顶刊第一现场 Vol. 02 中，杨玲将围绕这篇 Science 工作展开深入分享，从自然现象观察、科学问题提出，到理论模型建立与仿生结构设计，完整还原这项研究背后的科研思路与探索历程。
香港大学机械系博士后研究员杨玲主讲，北京理工大学集成电路与电子学院教授张帅龙、上海交通大学机械与动力工程学院副教授李登峰、大连理工大学教授冯诗乐担任研讨嘉宾，北京大学集成电路学院教授张海霞主持本场对话。
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