當塵埃頑固地附著于表面，或是壁虎在天花板上自如行走時，這些看似尋常的現(xiàn)象背后，實則由科學家常稱的“自然界隱形粘合劑”所主導。

瑞典查爾姆斯理工大學的研究團隊近日開發(fā)出一種快速且簡便的方法，用于探究維系物質(zhì)最小構(gòu)建單元相互作用的隱形力量。通過巧妙結(jié)合黃金、鹽水與光線，他們構(gòu)建出一個獨特的可視化觀測平臺，將這些無形的力量轉(zhuǎn)化為肉眼可見的色彩變幻。

該平臺使得科學家得以測量并深入研究通常被稱為“自然界隱形粘合劑”的微觀作用力——正是這些力量在最小尺度上將物體緊密結(jié)合。當光線被“囚禁”于兩片金箔之間時，研究人員可以清晰地觀察到兩種力量間的微妙平衡：一種力量試圖使微小物體相互吸引，而另一種則致力于使其保持分離。

這種引力被稱為卡西米爾效應，它促使金箔相互連接；而第二種力量——源于鹽溶液的靜電力，則形成抗衡，阻止金片完全粘連。當這兩種力達到某種精妙的平衡時，便會啟動自組裝過程，由此產(chǎn)生的微觀空腔為新的科學研究開辟了無限可能。

場景轉(zhuǎn)至實驗室，博士生米凱拉·霍斯科娃舉起一個裝滿鹽溶液的小玻璃容器，其中懸浮著數(shù)百萬片微米級的金箔。她使用移液器，審慎地將混合液滴置于光學顯微鏡下的鍍金玻璃板上。

金箔瞬間被表面吸引，卻在完全附著前戛然而止，在金箔與金基板間形成了一道納米級的間隙。

這些充滿液體的微隙宛如微型的光腔，光線在其中來回反射，最終交織成可見的色彩。當鹵素燈的光束穿透裝置，光譜儀開始解析反射光時，不同的波長便清晰顯現(xiàn)。

在連接的顯示器上，金黃色的背景中閃爍著紅綠相間的片狀物，色彩隨著力的波動而不斷變幻。這一黃金平臺，正在向人類揭示自然界隱形粘合劑的奧秘。

通過分析腔體中捕獲的光線，研究團隊能解析兩種相互對抗的力——使金箔片相互吸引的引力與維持其分離的斥力——之間的平衡狀態(tài)。

這種引力即卡西米爾效應，促使金箔片相互靠近并趨向表面；而鹽溶液中產(chǎn)生的靜電力則形成反作用力，阻止箔片完全粘附。當這些力達到平衡時，便會發(fā)生稱為自組裝的過程，形成使測量成為可能的空腔。

“納米尺度的力影響著不同材料或結(jié)構(gòu)的組裝方式，但我們?nèi)晕赐耆斫庵溥@種復雜自組裝的所有原理，”米凱拉·霍斯科娃表示，“若能徹底掌握這些原理，我們就能學會在納米尺度上控制自組裝。同時，我們也能洞悉相同原理如何在更大尺度上支配自然界，甚至揭示星系的形成機制。”

該新平臺建立在物理系教授提穆爾·謝蓋團隊多年的研究積淀之上。四年前，該團隊發(fā)現(xiàn)一對金箔可自組裝形成諧振器。如今，他們將這一發(fā)現(xiàn)拓展為研究基本作用力的通用方法。

在此系統(tǒng)中，金箔片充當了微型的浮動傳感器。研究人員指出，該方法在物理學、化學及材料科學領域均具有重要的應用價值。

“該方法使我們能夠研究單個粒子的電荷及其間作用力。其他研究這些力的方法往往需要精密儀器，卻無法提供粒子級別的信息，”研究負責人提穆爾·謝蓋表示。

該平臺還能幫助科學家深入理解顆粒在液體中的行為模式，包括其穩(wěn)定性或聚結(jié)傾向。這些認知可優(yōu)化藥物在體內(nèi)的傳輸路徑，助力高效生物傳感器的設計，并推動水過濾系統(tǒng)的改進。對于化妝品等日常產(chǎn)品而言，防止顆粒聚結(jié)同樣至關重要。

“該平臺能讓我們研究基本作用力和材料特性，這表明它具有成為真正有前景的研究平臺的潛力，”提穆爾·謝蓋評價道。

在實驗室里，霍斯科娃打開一個裝有成品裝置的小盒子。她用鑷子將其放入顯微鏡中。兩塊薄玻璃板內(nèi)置了檢測自然界無形粘合劑所需的一切裝置。

“最令我振奮的是測量過程本身如此優(yōu)雅簡潔。該方法僅基于金片運動與光物質(zhì)相互作用，操作簡便且高效?！泵讋P拉·霍斯科娃一邊說著，一邊放大觀察金片，其瞬息變幻的色彩即刻揭示了作用力的狀態(tài)。

將約10微米的金箔置于鹽溶液中。當水滴接觸鍍金玻璃表面時，金片被吸附至滴面，形成100至200納米級的納米空腔。這種自組裝現(xiàn)象源于兩種力的平衡：可測量的量子效應卡西米爾力與鹽溶液中帶電表面間的靜電力。

鹵素燈照射至空腔內(nèi)，光線被困其中并反射。光學顯微鏡與光譜儀將光分解為各波長成分，從而識別顏色。通過調(diào)節(jié)鹽濃度并觀察金片相對于表面的位移，研究人員可測量基礎作用力。為防止蒸發(fā)，含金片的水滴被密封并覆蓋第二塊玻璃板。

該平臺由查爾姆斯納米制造實驗室與查爾姆斯材料分析實驗室聯(lián)合開發(fā)。