液體的傳輸為動植物的生存和生長提供了必要的水分和營養物質，是生命體正常運轉不可或缺的部份。血液透過血管網絡實作機體中的迴圈，為細胞提供氧氣和營養物質，並且將細胞代謝產生的二氧化碳和廢物排出，維持著生命系統的穩定。
植物透過葉片的蒸散作用產生拉力，驅動根部不斷地從土壤中吸收水分，並透過導管系統將其輸送到需要水分的部位，從而維持了植物體的水分平衡。蜘蛛絲能夠捕獲空氣中的霧滴或露水，並透過其表面的周期性紡錘結將水分輸送到關節處。
帶有水滴的蜘蛛網
（圖片來源：veer圖庫）
在動植物體內，液體的傳輸通常都是沿著固定的方向單向傳輸，具有單一性，那麽是否存在可以沿著任意方向選擇性傳輸的液體通路呢？
2024年6月20日，中國科學家在【Science】期刊上發表了一篇關於多肉植物若綠葉片的選擇性定向液體輸送的文章，揭示了自然界中存在的一種新的液體傳輸模式。
研究成果發表於【Science】雜誌
（圖片來源：參考文獻1）
若綠是什麽植物？它的液體傳輸有何特點？
若綠是一種景天科、青鎖龍屬多肉植物，原產於南非和納米比亞，以其生長速度快、適應力強而著稱。若綠的外觀奇特，葉片小巧，排列散亂，它的分枝除了垂直方向分布外，還存在橫斜匍匐分布，在多肉植物中獨具一格。
若綠能夠博得園藝愛好者的喜愛還有另一個原因，那就是其葉片的變色內容。在日照充足時，若綠頂部的葉片會變成紅色，為單調的植株增添了一抹光亮。
多肉植物
（圖片來源：veer圖庫）
若綠具有極大的觀賞價值，吸引著眾多多肉植物愛好者。中國科學家手裏也有這樣的一盆若綠，但是這盆若綠與眾不同，因為它幫助「同胞」揭示了自身的 「秘密」。
研究者在為若綠澆水時發現，液體在若綠水平分布的莖上，竟然可以選擇性地朝著莖尖或根部這兩個截然相反的方向單向流動，這種具有選擇性的液體傳輸方式與傳統液體傳輸方式不同，具有重要的研究意義。
選擇性液體傳輸模式如何實作？
若綠的選擇性定向液體傳輸的機制，就隱藏在它獨特的葉片結構裏。研究者利用乙醇作為液體滴在兩組不同的若綠莖上，進行了液體傳輸的實驗。結果表明，若綠的莖上的液體傳輸方向與葉片的凹入傾斜角相關。若綠葉片具有不對稱的凹入結構，即朝向莖尖的方向呈現出向上傾斜的凹入角，朝向根部的方向呈現出向下傾斜的凹入角。
當上傾斜凹入角為32°±8.5°，下傾斜凹入角為37°±6.6°時，乙醇朝莖尖單向傳播，反方向則被有效阻擋。當上傾斜凹入角為55°±5.2°，下傾斜凹入角為34°±4.8°時，乙醇朝根部單向傳播。
研究者還透過3D打印技術制備了仿若綠葉片結構的陣列器件，驗證了各向異性彎液面的理論模型，揭示了傾斜凹入角度在控制液體運輸方向的關鍵作用。
A.若綠葉片的凹入角；B.若綠葉片水分向尖端傳輸；C.若綠葉片水分向根部傳輸；D.液體輸送距離與時間的關系；E.液體在不同表面轉運方式的對比
（圖片來源：參考文獻1）
選擇性定向液體傳輸的用途
研究者基於若綠多肉葉片的不對稱凹入角結構，設計了一系列仿生器件。例如透過引入磁性釹鐵硼材料作為填充劑，在外加磁場的作用下改變仿葉片結構的傾斜凹入角度，實作液體的選擇性運輸。透過機械刺激改變仿葉片結構的間距，實作液體運輸方向的切換。
若綠多肉葉片的選擇性定向液體傳輸能力的揭示，我們有望實作液體傳輸的可重構性與傳輸方向的智能化調控，進一步實作自主、長距離的定向液體輸送。這一能力在生物醫學檢測、化學反應分析、微流控等多個領域展現出了極為廣闊且誘人的套用潛力。
A-C.液體在不同仿若綠葉片器件的傳輸路徑圖
（圖片來源：參考文獻1）
結語
科技的進步往往來源於生活。科學家們以敏銳的洞察力，從日常生活的細微之處捕捉靈感，提煉出自然界的精妙法則，進而轉化為推動社會進步的高科技產品。探索不止，發現無限，正是這份對未知世界的好奇心與不懈追求，引領著我們共同領略自然賦予的無限智慧。我們期待更多自然的規律被揭示，用科技點亮未來。
參考文獻
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出品：科普中國
作者：石暢（物理化學博士）
監制：中國科普博覽
