從微型晶體管的發明，到顆粒分離的研究，從微流體設備的製造，再到腫瘤的對症下藥，這些別具一格的奇思妙想往往可以追溯到童年的樂趣。科學技術的進步可以借助微不足道的跳板來實現。1609年，伽利略利用自己擺弄出的玩具級望遠鏡，觀察月球和木星，促使天文學躍上了一個新台階。大約又過了150年，本傑明·富蘭克林利用風箏『偷電』，這是已知最早的有關電容器的實驗。追尋這一傳統，研究人員得出的結論是，玩具激發出來的東西遠遠不止給孩子們帶來樂趣。

　　蝕刻素描提供的借鑒

 

 

　　圖:幼兒園的畫圖板——在繪製線條的時候，需要用蝕刻素描筆刮去玻璃螢幕底部的鋁粉。美國匹茲堡大學的物理學教授傑裡米·利維得到的啟發是，能否把這種玩具的劃線方法借鑒到納米線的刻制和清除上。

　　「實驗室基本上是一個能給人帶來榮譽的玩耍之地，」匹茲堡大學的物理學教授傑裡米·利維如是說。「我們所做的實驗，其實是一種非常高級的遊戲，因為我們正在探索未知的東西。」

　　利維目前所從事的探索工作源自於他見到過的一種繪畫玩具。2006年，他在德國奧格斯堡大學做學術訪問時，無意中觀察到一塊由兩片絕緣層做成的小芯片。這塊芯片讓利維產生了好奇，因為它在施加電壓後，可以起到開關的作用——即可以在導電和絕緣之間相互切換。「在他們向我展示數據時，我聯想到的卻是蝕刻素描，」利維回憶道。

　　蝕刻素描在繪製線條的時候，需要用筆刮去玻璃螢幕底部的鋁粉。利維在思考，能否把這種玩具的劃線方法借鑒到納米線的刻制和清除上？

　　列維和他的同事們用原子力顯微鏡和兩片絕緣體（鑭氧化鋁和鍶鈦氧化物），研製出了一枚納米晶體管。與蝕刻素描不同的是，他們的技術不需要刮擦。當顯微鏡的尖端把正電壓施加到材料表面時，它就在氧化層之間的空白處畫出了導線。該導線寬度可以精細到2納米（一納米約合十億分之一米）。同時他們的技術還克服了蝕刻素描中經常遇到的難題：一旦出現一個小錯誤，必須全部推倒重來。納米電子蝕刻素描可以通過施加負電壓，對畫好的線路進行選擇性清除。他們的成果刊登在去年出版的《科學》雜誌上。

　　利維表示，利用該技術製作的晶體管比目前使用的硅晶體管小1000倍。說不定哪一天，這種晶體管可以滿足半導體行業對微型元件的渴望。但是目前尚無法實現這一目標，因為「從製作一枚晶體管，到讓數百萬枚晶體管協調工作，尚有很大的障礙需要跨越。」

　　來自樂高的啟迪

 

 

　　圖:微流體帶來的樂趣——約翰·霍普金斯大學化學和生物分子工程學助理教授格爾曼·德拉澤和喬勒·弗雷謝特把一塊大樂高板上插滿了圓柱狀樂高釘，然後把板垂直放入盛滿粘性液體甘油的魚缸。他們把各種大小的球軸承扔進魚缸，觀察小球在圓柱狀樂高釘周圍的運動軌跡。

 

 

　　圖:樂高板的實驗——約翰·霍普金斯大學的研究人員接著旋轉樂高板，瞭解在不同角度下會出現什麼結果。為了獲取他們所需要的統計數字，他們並扔進了幾百個小球。

　　相信不會有幾個孩子會從 「關於微流體裝置在確定性流體分離時的定向鎖定和不可逆的相互作用」中找到樂趣。這篇論文發表在2009年的《物理評論快報》雜誌上，兩位作者是約翰霍普金斯大學化學和生物分子工程學助理教授格爾曼·德拉澤和喬勒·弗雷謝特。不過他們在該研究中用到的主要工具恰好是一款十分流行的兒童玩具。

　　樂高玩具非常容易讓孩子們上手，因此也往往能讓他們全神貫注於其中。當然對於約翰霍普金斯大學的研究人員，它卻是一種非常實用的工具。「它確實給我們的研究幫了大忙」，弗雷謝特表示。當時她和德拉澤在研究一種微流體技術，用於分離顆粒混合物。微流體涉及到對液體的操控，通常被稱作 「芯片上實驗室」。微流體裝置有非常廣泛的應用範圍，其中包括醫療診斷和藥物輸送。為了測試其內在機制，他們製作了一個大比例結構，用以幫助模擬微觀粒子的行為。

　　在做顆粒分離實驗時，研究人員在一塊大樂高板上插滿了圓柱狀樂高釘，然後把板垂直放入盛滿粘性液體甘油的魚缸。他們把各種大小的球軸承扔進魚缸，觀察小球在圓柱狀樂高釘周圍的運動軌跡。「這有點像柏青哥機，」弗雷謝特說。她指的是日本出現的一種垂直彈球遊戲機。研究人員接著旋轉樂高板，瞭解在不同角度下會出現什麼結果。為了獲取所需要的統計數字，他們總共扔進了幾百個小球。

　　這件用於研究的樂高玩具價值大約50美元。如果把球軸承和甘油都包括進去，弗雷謝特估計整個成本不到300美元。「我知道我的學生一天中用來買化學藥品的開支就遠不止這麼些，」她說。

　　Shrinky Dink激發出的靈感

 

 

　　圖:來自Shrinky Dink的靈感——第一批Shrinky Dinks 於1973年10月17日在威斯康星州布魯克菲爾德購物中心銷售。據ShrinkyDinks.com網站介紹，Shrinky Dinks烘烤後，面積會縮小到大約原來的三分之一，但厚度會比原來大八倍。

 

 

　　圖:半生不熟？出於工作需要，美國加州大學生物醫學工程副教授米歇爾·凱尼重新玩起了兒時最喜歡的玩具，因為她急需製造微流體芯片的設備。某天的一個晚上，她正在廚房間打發光陰，突然Shrinky Dink讓她茅塞頓開。

 

 

　　圖:烤箱裡出來的靈感——直接借助Shrinky Dink塑膠卡片給她的靈感，米歇爾·凱尼開發出一種製作微流體芯片的技術。目前利用收縮納米技術製造出來的產品，可以用於干細胞研究設備和太陽能電池。

　　當米歇爾·凱尼第一次想到借鑒Shrinky Dink開發微流體時，她擔心別人會認為這種思路太荒謬。「我聽以前的一個實驗室合作夥伴說，'你要明白，人們或者喜歡，以為它將引導一場革命，或者會對你冷嘲熱諷。」凱尼的工作成果刊登在2008年皇家學會化學期刊《芯片實驗室》上。這篇文章被評為該年度訪問次數最多的前三甲之一，她收到來自世界各地實驗室的幾十封電子郵件，他們發出的是讚揚，而不是嘲笑。

　　凱尼小時候不知道花了多少時間在Shrinky Dink塑膠卡片上設計圖案，然後放到烤箱內烘烤，看著它們縮小。多年以後，因為工作需要，她又重操『舊業』，玩起兒時最喜愛的玩具。在加入到一所全新大學時，她急需製造微流體芯片所用的設備。某天晚上，她正在廚房做事，突然Shrinky Dink讓她靈感降臨。

　　凱尼知道，當Shrinky Dinks收縮時，塑膠卡片上的墨線會隆起，而這正是她為微流體模型苦苦尋求的。於是她買來適合用電腦打印機的Shrinky Dinks塑膠卡片，設計好圖案，然後放進烤箱。幾分鐘之後的結果大大超出了她的預期。凱尼沒有去做模具，而是開發出一種技術，直接利用Shrinky Dinks塑膠卡片製作出微流體芯片。凱尼說，「實際上效果非常理想」，完美到可以在它的基礎上創建一家公司。為了生產出可以用來進行諸如干細胞研究和開發太陽能電池的產品，收縮納米技術公司已經開發了一種新材料，其性能遠遠超過塑膠卡片。凱尼表示：「Shrinky Dinks 的收縮能力是60%，但我們的新型聚合物收縮能力達95%，而且收縮的特性更加一致。」

　　母子氣球聯想

 

 

　　圖:氣球飄來的抗癌方法——哈佛醫學院的施拉迪亞·森古普塔和他的癌症治療研究團隊希望找到一種理想的方法，在阻斷腫瘤的血液供應後，還能將化療藥物輸送到腫瘤。母子氣球的結構讓他受到啟發，幫助他解決了藥物輸送的難題，終於開發出包含兩層不同藥物的納米細胞。

　　2002年的一個早晨，施拉迪亞·森古普塔的雙眼凝視著車窗外，突然他似乎看到了一個解決棘手問題的答案。他和其他研究癌症治療的專家希望尋找到一種辦法，能在阻斷血液供應之後把化療藥物輸送到腫瘤。「這個難題幾乎就像水龍頭關掉之後，還要你想辦法把水桶裝滿。」森古普塔比喻道。他目前是美國波士頓哈佛醫學院醫學與健康科學技術的助理教授。

　　他的靈感來自於一次偶然的機會，他在大街上看到有人在推銷肚子裡裝著小氣球的大氣球。森古普塔馬上意識到，這種氣球套氣球的結構也許可以幫助他解決給藥的難題。他的設想是這樣的：「大氣球」爆掉之後釋放出藥物阻斷通往腫瘤的血管，然後再由「小氣球」釋放化療藥物。

　　「我覺得人們一定會驚訝於該方法的簡單易行，」他評價道。

　　森古普塔和他的同事們成功地利用母子氣球的原理取得突破，開創了一種治療癌症的新策略：納米細胞。 「我們之所以稱它為納米細胞，是因為它的模樣就像一顆被脂肪包圍著的細胞核，但實際上卻比細胞小得多，」 森古普塔介紹說。雖然這種納米細胞的尺寸不到200納米，它卻包含著兩層不同的藥。2005年出版的一期《自然》雜誌詳細描述了這種特殊的給藥過程。

　　森古普塔後來與他人合作創辦了蔚藍製藥公司，主要開發以納米技術為基礎的治療方法。雖然公司目前的產品都屬單一藥物性質，但公司持有開發雙藥物納米細胞的許可證。此外還有一些科學家也從森古普塔借鑒的母子氣球中得到啟發。在波士頓馬薩諸塞綜合醫院，一個由塔亞柏·哈桑率領的研究小組利用納米細胞和光動力療法（光活化劑）治療胰腺癌。在2009年11月舉行的分子靶和癌症治療大會上，他們展示了利用小鼠所做的實驗成果。不過哈桑認為，現在要預測何時可以開展納米細胞的人體試驗還為時過早。「說一句'一旦成熟就立刻實施'，這種回答未免過於簡單。」