[科普中國]-我，一個高分子纖維博士生，和織布工有啥區(qū)別

當(dāng)微信頭像閃動，給我發(fā)消息的，可能是師兄叫我去吃午飯，可能是師兄叫我去吃晚飯，還可能是，師弟告訴我紡絲機(jī)又壞了。

別誤會，我不是機(jī)械工程師，也不來自藍(lán)翔，我的維修經(jīng)驗(yàn)全部來自—— 漫長的高分子纖維博士生涯。

至于高分子纖維和機(jī)械維修有啥關(guān)系，還得從我博士課題說起。

讀博士，從搭建儀器平臺開始

我的博士課題是 纖維狀仿生皮膚 ，簡單地說，就是把仿生皮膚材料做成纖維狀，戲稱“高分子織布工”。

拿到“纖維狀仿生皮膚”這個課題，是在一次組會上。那時我完全沒預(yù)見到，這個課題會和機(jī)械維修扯上什么關(guān)系。

畢竟，我滿眼只有導(dǎo)師畫的大餅，“ 仿生皮膚作為一種新型材料，不僅能模擬人體皮膚對力學(xué)刺激、溫度變化的反應(yīng)，還能拓展人類皮膚的感知能力。 ”

人類皮膚可以感知到最基本的溫度、力度，但無法收集濕度、磁場、聲波等諸多信息。

而這些，仿生皮膚可以做到。

這不僅能賦予人類全新的觸覺體驗(yàn)，滿足我們的好奇心，還可以應(yīng)用到很多領(lǐng)域，比如健康管理、人機(jī)互動，甚至——醫(yī)學(xué)。

傳統(tǒng)的外科手術(shù)機(jī)器人，只能通過攝像頭，提供患者體內(nèi)的影像資料。如果給它穿上仿生皮膚，醫(yī)生就能通過仿生皮膚反饋的數(shù)據(jù)，更準(zhǔn)確地判斷患者體內(nèi)的各項指標(biāo)。

而導(dǎo)師說的纖維狀仿生皮膚，就是利用纖維材料機(jī)械性能優(yōu)異、編織方便等特點(diǎn)，將仿生皮膚做成衣物穿戴，應(yīng)用范圍將會更廣闊。

那一次會議，導(dǎo)師口若懸河，我心潮澎湃，暢想著未來某款可根據(jù)環(huán)境變色的仿生衣服就來自我的研究！

于是，在極端興奮的狀態(tài)下，我和導(dǎo)師一拍即合，成功地領(lǐng)到了纖維狀仿生皮膚的課題。

在我雄心壯志地準(zhǔn)備拓寬人類感知能力時，導(dǎo)師輕飄飄來了句：

那好，你去把紡絲機(jī)搭建一下吧。

Emmm，啥？

是的，你沒看錯，我的博士之路， 始于 搭建紡絲機(jī)。

展望一時爽，實(shí)驗(yàn)火葬場

等我從展望未來中冷靜下來，才想明白一個問題：纖維狀仿生皮膚是一個全新的方向，而我們組在這個領(lǐng)域毫無積淀——這意味著， 所有實(shí)驗(yàn)的儀器都要自己動手搭，包括做材料的儀器、測試材料的儀器，以及這些儀器的維修。

后悔是不可能后悔的，多年科研經(jīng)驗(yàn)告訴我：當(dāng)你不能反悔，最好選擇順從享受。

經(jīng)過一段時間幸 （jian） 福 （nan） 的摸索，我了解到：目前，工業(yè)上成熟的纖維制作儀器和方法有很多，但那是復(fù)雜精密的工業(yè)系統(tǒng)才能做到的事，憑博士生的一己之力，能搭建出一個比較寒酸的版本就謝天謝地了。

于是，在翻閱眾多文獻(xiàn)后，我選擇了挑戰(zhàn)比較小的儀器和方法： 注射泵和濕法紡絲技術(shù)。

單通道注射泵

濕法紡絲技術(shù) 步驟很簡易：將 紡絲液 從 注射泵 纖細(xì)的針頭里，擠到凝固浴中，等 凝固浴 快速吸收 紡絲液 里的溶劑后，就能得到纖維狀的溶質(zhì)——纖維狀仿生皮膚。

濕法紡絲過程示意圖 | 參考文獻(xiàn)[1]

雖說儀器看起來簡單，搭建起來也不容易。想找到合適 （主要是便宜） 的材料，和供貨商之間就進(jìn)行了無數(shù)次斗智斗勇。你能想象一個高分子纖維博士每天穿梭于1688 （大型批發(fā)網(wǎng)站） 各個店家中，尋找可靠的“氫化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物”嗎？我能！

這不是剁手，這是實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的重要環(huán)節(jié)！| www.flickr.com, Elaine Smith / public domain

材料到手，還要經(jīng)過一系列搭建、調(diào)試，因?yàn)槲倚枰牟牧?，比如注射泵、針頭、凝固浴槽、收絲軸等，在市場上沒有匹配成套的，需要逐一購買。為了規(guī)格統(tǒng)一，每次買前我都要仔細(xì)對比規(guī)格數(shù)據(jù)，比買衣服都認(rèn)真！

當(dāng)賣家數(shù)據(jù)也不準(zhǔn)確時，購買就成了一場拉鋸戰(zhàn)。

“老板，能不能先給貨，再付錢？不行??？那能不能把儀器照片拍給我看？這也不行??？那我?guī)е牧先ツ銈儚S，實(shí)地看下儀器？”

就這樣，等終于搭建好儀器，大半年已經(jīng)過去了。

儀器修的好，每天下班早

現(xiàn)在萬事俱備只欠紡絲了，我躊躇滿志地開始了紡織纖維狀仿生皮膚。

但很快我就發(fā)現(xiàn)自己還是太天真。我和成功紡出材料，還有上百次維修儀器的距離。

我選擇的 濕法紡絲技術(shù) ，儀器雖然一目了然，但總是莫名其妙就停工不干了。

作為有化學(xué)背景，又身處復(fù)雜實(shí)驗(yàn)室的織布工，我深知任何東西出了問題，都不能自己瞎搗鼓，于是我乖乖地去咨詢了工程師。

工程師百忙之中回復(fù)我：壓力過載了。

原來，當(dāng)紡絲液過于黏稠時， 注射泵推進(jìn)會出現(xiàn)壓力過載 ，為了保護(hù)軸承，儀器會自動停止。

無數(shù)次調(diào)配紡絲液濃度 | 作者拍攝

由此，我踏上了調(diào)配紡絲液濃度的漫漫之路。這些年，我研究了20多種材料，為了找到合適濃度，每種材料至少要準(zhǔn)備5種不同濃度，而調(diào)配一種濃度就要花費(fèi)一天的時間——上百天就這樣眨眼而過。

即便如此，注射泵的推進(jìn)軸承還是會經(jīng)常斷裂。心碎一地的同時，我只能趕緊淘寶下單購買軸承。接下來的三五天跟導(dǎo)師匯報實(shí)驗(yàn)進(jìn)度時，我強(qiáng)顏歡笑，答：閱讀文獻(xiàn)。

當(dāng)然，也有運(yùn)氣好的時候，機(jī)器能夠連續(xù)地制備纖維。這時候的天，都格外藍(lán)。盡管，當(dāng)天的上?？赡苁顷幪臁?/p>

快看，我的儀器連續(xù)紡絲啦啦啦 | 作者拍攝

測性能是一門玄學(xué)

作為一個高分子織布工，會建儀器、修儀器、織出纖維，還不能滿足科研需求， 最重要的是測試?yán)w維的性能如何 。畢竟只有具有良好傳感性能的纖維，才配做成可穿戴的傳感衣物。

于是，我搭建了全新的性能測試平臺，這包括了能測試電阻、力學(xué)、濕度、溫度等因素的儀器。

測試電阻性能，會轉(zhuǎn)化為上面這種曲線圖 | 作者制作

顯然，同樣是DIY的儀器，它們很簡陋以及——經(jīng)常壞。

曾見過一張印象很深的圖片，實(shí)驗(yàn)博士的日常時間分布：修機(jī)器的時間占到了一半。但對于我來說，修機(jī)器占到了我實(shí)驗(yàn)時間的80%以上。

圖 | 摘自網(wǎng)絡(luò)

電阻儀會因?yàn)榻泳€不穩(wěn)定而經(jīng)常斷路，力學(xué)儀器的軟件會因?yàn)閿?shù)據(jù)量過大而死機(jī)，濕度儀器會經(jīng)常燒干水槽，控溫板會因?yàn)閿_動過大而報警。

儀器不穩(wěn)定時，測試出的材料性能數(shù)據(jù)也不穩(wěn)定。今天的數(shù)據(jù)和昨天的對不上，上午的數(shù)據(jù)和下午的不一樣，甚至我測的數(shù)據(jù)和師弟測的數(shù)據(jù)又不一樣。所以，偶爾測出材料優(yōu)秀的性能時，我并不高興——無法重現(xiàn)的數(shù)據(jù)，不是能發(fā)論文的好數(shù)據(jù)。

當(dāng)時，我面臨一個材料科研界新手常見的困惑：一樣的材料，為什么師兄師姐測試材料的性能數(shù)據(jù)比自己做的穩(wěn)定得多？

很多個月后，當(dāng)我修好了儀器，終于得出穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，忽然領(lǐng)悟了答案：因?yàn)閹熜謳熃銉x器比你修得好。

不是玩笑，儀器修得好，往往意味著他們對儀器原理的理解也更深刻。

你以為我只是修儀器，其實(shí)我已經(jīng)理解了原理，這波是我在第五層 | Pixabay

不了解儀器時，做實(shí)驗(yàn)只是盲目地跟隨實(shí)驗(yàn)步驟，其實(shí)沒有完全掌握實(shí)驗(yàn)原理。這在重復(fù)前人實(shí)驗(yàn)時問題不大，但當(dāng)你開始做自己的課題，設(shè)計全新的實(shí)驗(yàn)，不懂儀器就會讓你的實(shí)驗(yàn)成為一門玄學(xué)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定與否，全憑運(yùn)氣。

所以，看上去像浪費(fèi)時間的維修儀器，實(shí)際上， 是了解科研原理必不可缺的步驟 。

我的博導(dǎo)總說：我們是站在前人的肩膀上拓展人類的未知領(lǐng)域。

多年的科 （mo） 研 （yu） 經(jīng)驗(yàn)告訴我：爬上前人的肩膀是痛苦的，再往前拓展一小步是茫然的。

而修儀器是爬上前人肩膀的必經(jīng)之路，起碼，讓你茫然的探索不再盲目。

作者名片

作者：Leaf

編輯：范可鑫

排版：雷昱兒

參考文獻(xiàn)：

[1] ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 2093?2104.

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