一滴雨水落到地上，受重力作用變成了不規則的“一灘”，但如果地面有細細的灰塵，雨滴掉在上面，在灰塵里打個滾，穿著“灰塵”外衣的水滴便能穩定地保持“水滴”的形狀。西北工業大學理學院臧渡洋教授的團隊受此啟發，用一層微納米顆粒均勻地包裹在水滴表面，為水滴“穿上鎧甲”，這時水滴落到桌面后不會馬上攤開并沾在上面，而是成為了一顆“液體彈珠”，不但可以保持形態在桌面滾動，甚至還可以蹦來蹦去，這種穩定的“液體彈珠”，更可作為理想的微型生物化學反應器，在細胞培養中起到重要作用。
聲場作用下
“液體彈珠”開閉自如
研究發現，在聲場中水滴穩定的懸浮，仿佛被一只“無形”的手托舉。臧渡洋老師這樣介紹，他們發現利用聲場強度的變化，可以控制“液體彈珠”表面“鎧甲”的打開和閉合。當聲場足夠大的時候，在拉力和壓力共同作用下，“液體彈珠”南北極的“鎧甲”便會打開一對窗口，液體便會從“鎧甲”中顯露出來，這種操作是完全可逆的，通過調節聲場強弱，可以自由實現水滴表面微納層的打開與閉合。同時在聲場中的兩個或多個液滴，只需調節聲場強度，就可以將不同的液滴拉到一起并融合為一個。
利用這一手段，當“液體彈珠”作為微型生物化學反應器時，可以通過“開閉門”，就能很便利地從液滴中抽取、植入成分，控制液滴內部反應，能實現含有不同的成分液體融合反應。在水滴“立體”反應器中，細胞可以進行三維生長，且不會接觸“器皿壁”，避免了在普通培養皿中，單純二維生長，容易被皿壁污染的缺點。他們將老鼠的胚胎干細胞放在“液體彈珠”中培養，成功培育出三維心肌細胞。
“不速之客”氣泡
打開新的研究方向
2013年4月，臧老師的兩位學生正在觀察聲場中懸浮的水滴。一眨眼的工夫，出現了一件奇怪的事，一直懸浮得很穩定的水滴不見了，聲場中飄著的，竟然是一個氣泡，而且這個氣泡非常穩定，可以保持很長時間。學生將遇到的情況和數據及視頻告訴了臧老師。
團隊對這種奇特現象進行了5年的研究，終于發現在超聲懸浮條件下，隨著聲場強度的調節，液滴可以被聲場“壓”成薄片狀的液膜；繼續調控聲場，薄膜被彎成碗狀；一旦碗狀液膜達到合適的體積，便會與聲場產生共振，大量吸收振源的能量，而導致腔體的劇烈膨脹并迅速閉合形成氣泡。該成果為液滴動力學操縱領域的研究提供了嶄新的思路和方法，對殼核型軟材料制備、藥物封裝等領域也有一定的借鑒意義。
新方法嘗試做納米氣泡
污水處理作用大
臧渡洋老師介紹，可以利用這樣的方法嘗試制作納米氣泡，它的活性和穩定性都很高，在污水處理等方面可以發揮巨大作用，還可以在這種穩定均勻的氣泡表面有序排列微納米顆粒，當氣泡破碎后，就得到了新型的微納米材料，氣泡就像一個“模具”，比用水滴作“模具”有好得多的效果。臧老師說，氣泡在人們生產生活中扮演著不可或缺的重要角色，比如在食品加工的發酵和膨化就是氣泡形成的過程，在制藥、化妝品、礦物浮選等諸多領域也都少不了氣泡的作用。通過聲控技術實現的液體氣泡，無疑從理論研究和實際運用方面都具有巨大的潛力。
本報記者 張彥剛
