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，用于探究維系物質最小構建單元相互作用的隱形力量。通過巧妙結合黃金、鹽水與光線，他們構建出一個獨特的可視化觀測平臺，將這些無形的力量轉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，由此產生的微觀空腔為新的科學研究開辟了無限可能。

場景轉至實驗室，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。

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構的組裝方式，但我們仍未完全理解支配這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?！?/p>

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)現一對金箔可自組裝形成諧振器。如今，他們將這一發(fā)現拓展為研究基本作用力的通用方法。

在此系統中，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)定性或聚結傾向。這些認知可優(yōu)化藥物在體內的傳輸路徑，助力高效生物傳感器的設計，并推動水過濾系統的改進。對于化妝品等日常產品而言，防止顆粒聚結同樣至關重要。

“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，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合開發(fā)。