8月14日，记者从中国科学院理化技术研究所仿生智能界面科学中心获悉，该中心董智超研究员团队从自然界蝴蝶的“卷喙饮蜜”行为中获得启示，开发出一种新型无泵空气采样器，单次材料成本低至约0.87元人民币，且无需依赖机电设备驱动。该成果发表于《美国国家科学院院刊》。

呼吸系统传染病与空气污染是全球公共健康的长期挑战。但目前，便捷的空气检测服务仍难以普及。其原因在于传统泵吸式空气采样器因依赖电力驱动、操作复杂且成本较高，在偏远地区部署受限。此外，传统设备在气溶胶采集、管路转移和洗脱环节中常发生严重的壁面吸附与样本损失。

董智超等人在观察蝴蝶时，发现大多数蝴蝶伸着长“吸管”——喙吮吸花蜜，但有一只蝴蝶却“另类”地把“吸管”卷成一个圈，在环中吐出一小片水膜。

利用X光透视相机追踪这只蝴蝶时，团队成员发现了惊人一幕：当水膜被吸薄到极限、突然破裂的瞬间，破裂产生的力如同无形之手，将整片水膜中的液体瞬间“拽”进食道，一滴不剩。

“这毫秒级的‘脆响’式抽吸，高效又省力，释放的正是液体表面的‘能量皮肤’，也就是表面能，这是一种基于界面热力学的自然现象。”董智超说。

卷曲蝴蝶喙管。中国科学院理化技术研究所供图

受此启发，团队用3D打印机做了一个微型“环形跑道”，其中有一个硬币大小的塑料环，中间挂着一层薄薄的液体膜，环的内部藏着毛细管道，模仿蝴蝶吸管里的食物通道。

试验时，液体膜暴露在空气中，就像一张粘性“飞毯”，可以“粘住”空气中的有害气体、病毒飞沫、农药微粒等。这种液体膜不仅在实验室稳定，还能绑在植保无人机上，在强气流中坚持30秒捕获农药残留。

“采样结束后，只需用检测试纸轻轻一碰出口端，触发液体膜破裂，瞬间，它就会像蝴蝶喝水那样，自己把收集到的所有液体连同里面的‘猎物’，通过毛细管道送进检测试纸条里。整个过程不需要泵、不需要电，全靠物理规律自动运行。”董智超说。

液膜捕获空气中目标物。中国科学院理化技术研究所供图

研究团队以新冠病毒核衣壳蛋白为靶标，对比传统的气溶胶采样器，其检出灵敏度较传统泵吸式采样器高出两个数量级。传统设备因管路死体积、洗脱损失和收集液稀释导致性能低下；而新型采样器实现了“采集-回收-检测”一体化，收集与回收效率均近100%，系统稀释比仅1.14，实现痕量生物标志物高保真富集。

他们将该新型无泵空气采样器命名为“液膜破裂驱动毛细管富集采样器”，英文简称“FACE”。“以前，我们总想着用更大的力气去‘吸’空气样品，现在，我们学会了利用‘破裂’本身来释放能量，用精巧的物理设计取代笨重的机电设备。对于全球几十亿生活在电力不稳、医疗资源匮乏地区的人来说，这种无需电源、无需专业培训、随手可用的检测工具，可能是通往健康公平的一把钥匙。”董智超说。

相关论文信息：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2615727123