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實(shí)驗(yàn)室主任劉靜

　　最近，劉靜覺(jué)得自己“越來(lái)越忙”。

　　作為中科院理化所低溫生物與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任，劉靜主持研發(fā)的世界首個(gè)自主運(yùn)動(dòng)的可變形液態(tài)金屬機(jī)器不久前在這里問(wèn)世。這一轟動(dòng)性的成果，隨即引發(fā)國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注。中科院院長(zhǎng)白春禮院士也于近期前往中科院理化所調(diào)研，聽(tīng)劉靜詳細(xì)匯報(bào)了液態(tài)金屬系列研究成果及工作展望。

　　盡管成就斐然，但對(duì)于這個(gè)年輕的實(shí)驗(yàn)室而言，未來(lái)的科研道路仍然漫長(zhǎng)。一方面重視低溫生物醫(yī)學(xué)的基礎(chǔ)研究，一方面也抓緊相關(guān)成果的轉(zhuǎn)化，中科院理化所低溫生物與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室正在創(chuàng)新之路上不斷前行。

　　發(fā)力液態(tài)金屬機(jī)器

　　近年來(lái)，實(shí)驗(yàn)室因?yàn)橐簯B(tài)金屬機(jī)器方面的研究而引人關(guān)注。

　　2014年6月，劉靜團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)電場(chǎng)控制下液態(tài)金屬與水的復(fù)合體可在各種形態(tài)及運(yùn)動(dòng)模式之間發(fā)生轉(zhuǎn)換的基本現(xiàn)象?？蒲腥藛T通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，揭示出室溫液態(tài)金屬具有可在不同形態(tài)和運(yùn)動(dòng)模式之間轉(zhuǎn)換的普適變形能力。比如，浸沒(méi)于水中的液態(tài)金屬對(duì)象可在低電壓作用下呈現(xiàn)出大尺度變形、自旋、定向運(yùn)動(dòng)，乃至發(fā)生液球之間的自動(dòng)融合、斷裂—再合并等行為，且不受液態(tài)金屬對(duì)象大小的限制；較為獨(dú)特的是，一塊很大的金屬液膜可在數(shù)秒內(nèi)即收縮為單顆金屬液球，變形過(guò)程十分快速，而表面積改變幅度可高達(dá)上千倍。

　　2015年3月，劉靜團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域再獲驚人發(fā)現(xiàn)。科研人員在世界上首次發(fā)現(xiàn)了一種異常獨(dú)特的現(xiàn)象和機(jī)制，即液態(tài)金屬可在吞食少量物質(zhì)后以可變形機(jī)器形態(tài)長(zhǎng)時(shí)間高速運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)須外部電力的自主運(yùn)動(dòng)，從而為研制實(shí)用化智能馬達(dá)、血管機(jī)器人、流體泵送系統(tǒng)、柔性執(zhí)行器乃至更為復(fù)雜的液態(tài)金屬機(jī)器人奠定了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

　　“液態(tài)金屬，既可以是像水一樣的流體，也可以是固體；既是導(dǎo)體，也可以變成其他材料。未來(lái)，液態(tài)金屬可以在人的身體里面作為骨骼。神經(jīng)斷了，可以用液態(tài)金屬把斷了的神經(jīng)連起來(lái)。液態(tài)金屬孕育著未來(lái)全新的機(jī)器?！眲㈧o這樣向記者闡述液態(tài)金屬的重大意義。

　　目前，中國(guó)正在推動(dòng)機(jī)器人研發(fā)，未來(lái)可能成為機(jī)器人大國(guó)。通常機(jī)器人是硬殼固定的固體，但劉靜認(rèn)為，未來(lái)機(jī)器人一定是高度靈活、高度自由的、無(wú)孔不入。

　　“實(shí)際上在科幻電影中的情景一定程度上可以實(shí)現(xiàn)?？苹门c現(xiàn)實(shí)有時(shí)只差一步?！眲㈧o介紹說(shuō)，液態(tài)金屬機(jī)器人概念誕生于一百多年前，十多年前引入計(jì)算機(jī)芯片領(lǐng)域。液態(tài)金屬不是一個(gè)局部技術(shù)，是一個(gè)全新領(lǐng)域和工業(yè)，目前已經(jīng)應(yīng)用于芯片、電池制造等方面，未來(lái)還能解決生物醫(yī)學(xué)解決不了的問(wèn)題。

　　“未來(lái)，液態(tài)金屬機(jī)器人將呈現(xiàn)出嶄新的形態(tài)。”劉靜告訴記者，實(shí)驗(yàn)室也將在這方面繼續(xù)深入探索，爭(zhēng)取作出更多更大的成果。

　　致力交叉科學(xué)問(wèn)題

　　除了在液態(tài)金屬方面的成就，實(shí)驗(yàn)室主要從事熱科學(xué)與醫(yī)學(xué)生物技術(shù)、信息技術(shù)及微/納米技術(shù)等領(lǐng)域的交叉科學(xué)問(wèn)題探索，力求基礎(chǔ)與應(yīng)用研究并重。

　　據(jù)劉靜介紹，近年來(lái)，實(shí)驗(yàn)室在高端腫瘤微創(chuàng)治療裝備、先進(jìn)芯片冷卻技術(shù)、微/納米熱學(xué)與流體器件的發(fā)明和研制以及高/低溫生物傳熱傳質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)研究等方面取得了一批國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先的原創(chuàng)性成果，并培養(yǎng)出一批優(yōu)秀的青年科技人才。

　　盡管成就斐然，但回想當(dāng)年白手起家的歲月，劉靜依然感慨萬(wàn)千。

　　1999年8月，學(xué)成歸國(guó)的劉靜一手打造了中科院理化所低溫生物與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室（暨低溫生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室），從招兵買馬到項(xiàng)目申請(qǐng)，他把畢生所學(xué)和全部身家都投入到了這一方時(shí)空中。

　　功夫不負(fù)有心人，多年來(lái)，實(shí)驗(yàn)室在重大疾病的大型醫(yī)療設(shè)備、健康管理的普惠型醫(yī)療技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)中的基礎(chǔ)熱物理問(wèn)題研究、先進(jìn)能源技術(shù)成果等方面取得了不少科研成果。

　　比如，在重大疾病的大型醫(yī)療設(shè)備研發(fā)方面，劉靜等人研發(fā)了腫瘤微創(chuàng)高低溫復(fù)式消融治療系統(tǒng)。該系統(tǒng)是國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)的集深低溫冷凍治療與高溫消融功能于一體的高端腫瘤微創(chuàng)治療系統(tǒng)。

　　這一系統(tǒng)先借助極端低溫對(duì)整個(gè)腫瘤瘤體的包圍殺傷，再通過(guò)高強(qiáng)度靶向加熱完成對(duì)冰球內(nèi)包裹的瘤體的徹底消融。外圍低溫冷凍層可防止腫瘤細(xì)胞在高強(qiáng)熱療中擴(kuò)散，同時(shí)還保留了低溫冷凍治療無(wú)痛感的優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)具有獨(dú)創(chuàng)性與原創(chuàng)性，在降溫/升溫性能、治療成本、操作安全性、適用面乃至低噪音等方面均顯著優(yōu)于國(guó)外高端設(shè)備。

　　在健康管理的普惠型醫(yī)療技術(shù)方面，實(shí)驗(yàn)室研發(fā)了基于藍(lán)牙及手機(jī)平臺(tái)的普適性體溫?zé)o線監(jiān)測(cè)及報(bào)警裝置，可用于臨床及日常生活中人體溫度的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)及溫度異常報(bào)警，在醫(yī)學(xué)實(shí)踐與日常生活中具有重要意義。此外，他們還研發(fā)了基于手機(jī)的人體心電信號(hào)無(wú)線檢測(cè)裝置，可應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下心電監(jiān)測(cè)、睡眠心電記錄、不同生活習(xí)慣及心理狀態(tài)下的心電信號(hào)捕捉，由此引申出廣闊的普適醫(yī)療前景，并代表未來(lái)低成本醫(yī)療的一種重大發(fā)展方向。

　　在生物醫(yī)學(xué)中的基礎(chǔ)熱物理問(wèn)題研究方面，他們提出了納米冷凍治療的方法。實(shí)驗(yàn)室首次將納米技術(shù)與冷凍手術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建出嶄新的納米冷凍治療方法，大幅提升冷凍手術(shù)的有效性。

　　（原載于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2015-06-08 第8版 平臺(tái))