在納米尺度“雕刻”精細(xì)結(jié)構(gòu)，在微米標(biāo)準(zhǔn)看清細(xì)胞形態(tài)，在真空環(huán)境探測(cè)納米粒子的懸浮力……位于浙江的之江實(shí)驗(yàn)室里，有一群青年科技工作者，以光為“利器”，探索神奇的微觀世界，拓展人類認(rèn)知邊界。
不見天光的“車庫(kù)實(shí)驗(yàn)室”
(資料圖片僅供參考)
一塊手掌大小的透明器皿中心，一粒細(xì)如塵埃的斑點(diǎn)若隱若現(xiàn)，當(dāng)它被透鏡高倍放大之后，其中隱藏的復(fù)雜結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來，這便是用光“雕刻”出來的微納結(jié)構(gòu)。
“通過直寫式光刻技術(shù)，我們可以制造智能感知芯片、微觀機(jī)械結(jié)構(gòu)，周期更快、自主化程度更高。”高通量納米激光直寫裝置項(xiàng)目骨干成員丁晨良介紹說，目前，該裝置的刻寫精度已達(dá)30納米至50納米尺度。
丁晨良告訴記者，高通量納米激光直寫裝置的第一臺(tái)原理樣機(jī)，誕生在一個(gè)面積不到30平方米的車庫(kù)里。為滿足實(shí)驗(yàn)要求，他們對(duì)車庫(kù)進(jìn)行了改造，建設(shè)了一個(gè)無塵潔凈的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，全包圍的墻體將車庫(kù)和外界完全隔離起來，僅有兩扇風(fēng)淋門作為人員進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室的通道。
就在這個(gè)不見天光的“車庫(kù)實(shí)驗(yàn)室”里，丁晨良和同事們用兩年時(shí)間完成了大量裝置研發(fā)和技術(shù)驗(yàn)證工作。2021年，之江實(shí)驗(yàn)室新園區(qū)正式啟用。在定制的全新實(shí)驗(yàn)空間里，丁晨良等人的研發(fā)進(jìn)度邁入了快車道。
深夜突然迸發(fā)的靈感
如果把身體比作一座大樓，那么醫(yī)生就像是一位維修工程師，使用普通的內(nèi)窺鏡，醫(yī)生可以進(jìn)入客廳看清房間里的桌椅擺設(shè)，而使用多模光纖內(nèi)窺鏡，醫(yī)生就可以進(jìn)入水管內(nèi)部，甚至看清水管上的裂紋。
由一根多模光纖構(gòu)成，直徑僅有125微米，多模光纖內(nèi)窺鏡進(jìn)入人體內(nèi)幾乎無感。然而要想將一根光纖變成高分辨的成像內(nèi)窺鏡，難度極大。
在一次深夜討論會(huì)結(jié)束驅(qū)車回家途中，多模光纖內(nèi)窺成像系統(tǒng)項(xiàng)目組成員劉旭、楊青和文仲看著手機(jī)導(dǎo)航軟件突然靈感迸發(fā)——我們何不找到光纖穩(wěn)定成像的“北極星”，做一個(gè)光纖成像的北斗導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫(kù)？沿著這個(gè)思路，項(xiàng)目組錨定技術(shù)路線，經(jīng)過兩年時(shí)間的實(shí)驗(yàn)探索，終于實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的多模光纖超分辨成像。
“未來，多模光纖超分辨內(nèi)窺鏡可以和現(xiàn)有內(nèi)窺鏡結(jié)合，找到病變組織，觀察組織的細(xì)胞和亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，對(duì)醫(yī)生判斷腫瘤邊界和治療效果提供有益信息。”楊青告訴記者。
礦泉水瓶里“抓”小球
深夜，位于地下17米的之江實(shí)驗(yàn)室量子極弱力測(cè)量科學(xué)裝置開啟了一天中最為忙碌的時(shí)刻。
真空環(huán)境中，一束激光捕捉到了直徑約為頭發(fā)絲千分之一的納米粒子小球，并將小球“夾”在空中。裝置旁，研究團(tuán)隊(duì)骨干高曉文正在密切關(guān)注這顆懸浮小球的細(xì)微位移，從中測(cè)量受力的大小。
“拿起一個(gè)蘋果，大約要花費(fèi)1牛頓的力。托舉一個(gè)細(xì)胞，大約需要10的負(fù)15次方牛頓的力，而極弱力裝置能夠測(cè)量到力的量級(jí)是一個(gè)細(xì)胞所受重力的一千萬分之一以上。”高曉文說。
高曉文回憶，他和同事傅振海、李翠紅第一次抓到納米小球是在一個(gè)塑料瓶里。那是2019年，團(tuán)隊(duì)剛剛組建，實(shí)驗(yàn)設(shè)備、環(huán)境還很簡(jiǎn)陋，高曉文等人嘗試去捕獲小球，但怎么也“抓”不起來。他們靈機(jī)一動(dòng)，用一個(gè)空礦泉水瓶做成實(shí)驗(yàn)腔，以保持相對(duì)穩(wěn)定的氣流環(huán)境，沒想到成功了。
“當(dāng)天晚上我們就去聚餐了，慶祝萬里長(zhǎng)征邁出了第一步。”高曉文說，提升力的精密測(cè)量能力，是為探尋和研究物理世界提供一種嶄新的先進(jìn)科學(xué)工具。
致廣大而盡精微，在“追光”的故事里，每一次探索都有拼搏的身影和奮斗的汗水，每一個(gè)微小突破都映照出遠(yuǎn)大志向。國(guó)家科技創(chuàng)新力的根本源泉在于人，如果說科學(xué)技術(shù)是時(shí)代之光，科技工作者就是我們時(shí)代的“追光者”，致敬追光者！
策劃：齊慧杰 周寧
監(jiān)制：胡國(guó)香 焦旭鋒
統(tǒng)籌：唐顥宸
記者：朱涵 邱世杰
設(shè)計(jì)：趙丹陽(yáng)
視頻：邱星翔 趙露露
技術(shù)：密雅琪
參與：呂梓源（實(shí)習(xí)）
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