[科普中国]-我，一个高分子纤维博士生，和织布工有啥区别

当微信头像闪动，给我发消息的，可能是师兄叫我去吃午饭，可能是师兄叫我去吃晚饭，还可能是，师弟告诉我纺丝机又坏了。

别误会，我不是机械工程师，也不来自蓝翔，我的维修经验全部来自—— 漫长的高分子纤维博士生涯。

至于高分子纤维和机械维修有啥关系，还得从我博士课题说起。

读博士，从搭建仪器平台开始

我的博士课题是 纤维状仿生皮肤 ，简单地说，就是把仿生皮肤材料做成纤维状，戏称“高分子织布工”。

拿到“纤维状仿生皮肤”这个课题，是在一次组会上。那时我完全没预见到，这个课题会和机械维修扯上什么关系。

毕竟，我满眼只有导师画的大饼，“ 仿生皮肤作为一种新型材料，不仅能模拟人体皮肤对力学刺激、温度变化的反应，还能拓展人类皮肤的感知能力。 ”

人类皮肤可以感知到最基本的温度、力度，但无法收集湿度、磁场、声波等诸多信息。

而这些，仿生皮肤可以做到。

这不仅能赋予人类全新的触觉体验，满足我们的好奇心，还可以应用到很多领域，比如健康管理、人机互动，甚至——医学。

传统的外科手术机器人，只能通过摄像头，提供患者体内的影像资料。如果给它穿上仿生皮肤，医生就能通过仿生皮肤反馈的数据，更准确地判断患者体内的各项指标。

而导师说的纤维状仿生皮肤，就是利用纤维材料机械性能优异、编织方便等特点，将仿生皮肤做成衣物穿戴，应用范围将会更广阔。

那一次会议，导师口若悬河，我心潮澎湃，畅想着未来某款可根据环境变色的仿生衣服就来自我的研究！

于是，在极端兴奋的状态下，我和导师一拍即合，成功地领到了纤维状仿生皮肤的课题。

在我雄心壮志地准备拓宽人类感知能力时，导师轻飘飘来了句：

那好，你去把纺丝机搭建一下吧。

Emmm，啥？

是的，你没看错，我的博士之路， 始于 搭建纺丝机。

展望一时爽，实验火葬场

等我从展望未来中冷静下来，才想明白一个问题：纤维状仿生皮肤是一个全新的方向，而我们组在这个领域毫无积淀——这意味着， 所有实验的仪器都要自己动手搭，包括做材料的仪器、测试材料的仪器，以及这些仪器的维修。

后悔是不可能后悔的，多年科研经验告诉我：当你不能反悔，最好选择顺从享受。

经过一段时间幸 （jian） 福 （nan） 的摸索，我了解到：目前，工业上成熟的纤维制作仪器和方法有很多，但那是复杂精密的工业系统才能做到的事，凭博士生的一己之力，能搭建出一个比较寒酸的版本就谢天谢地了。

于是，在翻阅众多文献后，我选择了挑战比较小的仪器和方法： 注射泵和湿法纺丝技术。

单通道注射泵

湿法纺丝技术 步骤很简易：将 纺丝液 从 注射泵 纤细的针头里，挤到凝固浴中，等 凝固浴 快速吸收 纺丝液 里的溶剂后，就能得到纤维状的溶质——纤维状仿生皮肤。

湿法纺丝过程示意图 | 参考文献[1]

虽说仪器看起来简单，搭建起来也不容易。想找到合适 （主要是便宜） 的材料，和供货商之间就进行了无数次斗智斗勇。你能想象一个高分子纤维博士每天穿梭于1688 （大型批发网站） 各个店家中，寻找可靠的“氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物”吗？我能！

这不是剁手，这是实验准备的重要环节！| www.flickr.com, Elaine Smith / public domain

材料到手，还要经过一系列搭建、调试，因为我需要的材料，比如注射泵、针头、凝固浴槽、收丝轴等，在市场上没有匹配成套的，需要逐一购买。为了规格统一，每次买前我都要仔细对比规格数据，比买衣服都认真！

当卖家数据也不准确时，购买就成了一场拉锯战。

“老板，能不能先给货，再付钱？不行啊？那能不能把仪器照片拍给我看？这也不行啊？那我带着材料去你们厂，实地看下仪器？”

就这样，等终于搭建好仪器，大半年已经过去了。

仪器修的好，每天下班早

现在万事俱备只欠纺丝了，我踌躇满志地开始了纺织纤维状仿生皮肤。

但很快我就发现自己还是太天真。我和成功纺出材料，还有上百次维修仪器的距离。

我选择的 湿法纺丝技术 ，仪器虽然一目了然，但总是莫名其妙就停工不干了。

作为有化学背景，又身处复杂实验室的织布工，我深知任何东西出了问题，都不能自己瞎捣鼓，于是我乖乖地去咨询了工程师。

工程师百忙之中回复我：压力过载了。

原来，当纺丝液过于黏稠时， 注射泵推进会出现压力过载 ，为了保护轴承，仪器会自动停止。

无数次调配纺丝液浓度 | 作者拍摄

由此，我踏上了调配纺丝液浓度的漫漫之路。这些年，我研究了20多种材料，为了找到合适浓度，每种材料至少要准备5种不同浓度，而调配一种浓度就要花费一天的时间——上百天就这样眨眼而过。

即便如此，注射泵的推进轴承还是会经常断裂。心碎一地的同时，我只能赶紧淘宝下单购买轴承。接下来的三五天跟导师汇报实验进度时，我强颜欢笑，答：阅读文献。

当然，也有运气好的时候，机器能够连续地制备纤维。这时候的天，都格外蓝。尽管，当天的上海可能是阴天。

快看，我的仪器连续纺丝啦啦啦 | 作者拍摄

测性能是一门玄学

作为一个高分子织布工，会建仪器、修仪器、织出纤维，还不能满足科研需求， 最重要的是测试纤维的性能如何 。毕竟只有具有良好传感性能的纤维，才配做成可穿戴的传感衣物。

于是，我搭建了全新的性能测试平台，这包括了能测试电阻、力学、湿度、温度等因素的仪器。

测试电阻性能，会转化为上面这种曲线图 | 作者制作

显然，同样是DIY的仪器，它们很简陋以及——经常坏。

曾见过一张印象很深的图片，实验博士的日常时间分布：修机器的时间占到了一半。但对于我来说，修机器占到了我实验时间的80%以上。

图 | 摘自网络

电阻仪会因为接线不稳定而经常断路，力学仪器的软件会因为数据量过大而死机，湿度仪器会经常烧干水槽，控温板会因为扰动过大而报警。

仪器不稳定时，测试出的材料性能数据也不稳定。今天的数据和昨天的对不上，上午的数据和下午的不一样，甚至我测的数据和师弟测的数据又不一样。所以，偶尔测出材料优秀的性能时，我并不高兴——无法重现的数据，不是能发论文的好数据。

当时，我面临一个材料科研界新手常见的困惑：一样的材料，为什么师兄师姐测试材料的性能数据比自己做的稳定得多？

很多个月后，当我修好了仪器，终于得出稳定的数据，忽然领悟了答案：因为师兄师姐仪器比你修得好。

不是玩笑，仪器修得好，往往意味着他们对仪器原理的理解也更深刻。

你以为我只是修仪器，其实我已经理解了原理，这波是我在第五层 | Pixabay

不了解仪器时，做实验只是盲目地跟随实验步骤，其实没有完全掌握实验原理。这在重复前人实验时问题不大，但当你开始做自己的课题，设计全新的实验，不懂仪器就会让你的实验成为一门玄学，数据稳定与否，全凭运气。

所以，看上去像浪费时间的维修仪器，实际上， 是了解科研原理必不可缺的步骤 。

我的博导总说：我们是站在前人的肩膀上拓展人类的未知领域。

多年的科 （mo） 研 （yu） 经验告诉我：爬上前人的肩膀是痛苦的，再往前拓展一小步是茫然的。

而修仪器是爬上前人肩膀的必经之路，起码，让你茫然的探索不再盲目。

作者名片

作者：Leaf

编辑：范可鑫

排版：雷昱儿

参考文献：

[1] ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 2093−2104.

欢迎个人转发到朋友圈

本文版权属于“我是科学家”，未经授权不得转载。如需转载请联系iscientist@guokr.com 。 【扩展阅读】 七个塑造了人类世界的分子