卷曲的蝴蝶喙管。中国科学院理化技术研究所供图

本报讯（记者倪思洁）中国科学院理化技术研究所研究员董智超团队从蝴蝶“卷喙饮蜜”行为获得启示，开发出一种无需依赖机电设备驱动的新型无泵空气采样器，单次材料成本低至约0.87元。近日，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。但便捷的空气检测服务目前仍难以普及，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出现严重的壁面吸附与样本损失。

团队在观察蝴蝶时，发现大多数蝴蝶伸着吸管一样的喙吮吸花蜜，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，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‘脆响’式抽吸，高效又省力，其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。

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，就像一张黏性“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，瞬间就会像蝴蝶喝水那样，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。整个过程不需要泵和电，全靠物理规律自动运行。”董智超说。

团队以新冠病毒核衣壳蛋白为靶标，对比传统气溶胶采样器，新型无泵空气采样器检出灵敏度高出两个数量级。新型采样器还实现了“采集-回收-检测”一体化，收集与回收效率均接近100%，系统稀释比仅1.14，实现痕量生物标志物高保真富集。

团队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量去‘吸’空气样品；现在，我们学会了利用‘破裂’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，可能是开启健康公平之门的一把钥匙。”董智超说。

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