本刊记者  张春壮

　　 “现代科学技术一方面高度分化，一方面又高度综合，这种既相互对立又紧密联系的辩证发展，使现代科学日益结合为一个有机联系的整体。”曾有学者这样定义“现代科学技术”。
　　 而理化技术又是现代科学技术精神及研究思路的一个集中体现。理化技术学科最先开建于中科院，是以物理、化学和工程技术为学科背景，以技术创新与发展为主，着重开展应用基础研究、应用研究、中试实验和产业化的前期工作的一门学科。
　　 桂林正是中国科学院理化技术研究所的一名研究员，也是国内外在生物传热及微流控芯片技术研究方面的一名新锐。2011年应中国科学院“百人计划”回国进入中国科学院理化技术研究所，桂林先后提出多种微阀、微泵，并提出一种微观整场温度快速测量方法，其研究成果在国内外引起广泛关注与认可。

忆峥嵘岁月：
涉足肿瘤微创治疗

　　 桂林早年就读于重庆大学热能工程学院，主修制冷与低温技术辅修计算机技术，大学期间他学习成绩优异，连续三年成绩列热能工程学院第一名。本科毕业后，尽管在当时已经算是“满腹经纶”，就业前景也非常广阔，但热衷于科学研究的他选择了继续深造。凭优异的成绩，桂林成功获得了中国科学院理化技术研究所制冷与低温工程硕博连读的名额，从事生物传热相关研究，并于2005年获得制冷与低温技术博士学位。
　　 理化技术是各学科之间的彼此渗透和相互促进，也使得每一学科只有在整个科学体系的相互联系中才能得到发展。在博士阶段对生物传热生物传热的研究中，桂林很快在肿瘤微创治疗中找到突破点。
　　 基于经皮能量及物质输运，桂林建立了活体生物组织内多相流动与传热模型，并通过模拟大量“光包”在组织中的移动以及和光敏剂反应情况并通过统计结果来模拟组织内的光动力学过程，建立肿瘤光动力学疗法的蒙特卡罗模型，这在国内外属于首次。同时，他还建立经皮活体组织低温高氧液注射理论模型，并最终提出一种用于经皮高温盐水注射消融肿瘤的带绝热措施的新型注射器并获得发明专利授权。

恰同学少年：
领航微流体生物芯片设计

　　 博士毕业后，桂林并没有终止求学的生涯，而是走向国际，远赴加拿大滑铁卢大学做博士后。这次，他选择了一个全新领域“微流控芯片”进行研究。“独上高楼，望尽天涯路”——正是桂林坚持不懈“将学问做到底”的诗意写照。
　　 在加拿大滑铁卢大学微流体实验室做博士后研究期间，通过与国外同仁的交流学习，桂林在微流体传热方面取得更深造诣。很快，他在微流体生物芯片的传热及相关问题的研究中获得新进展。
　　 基于连续流PCR（聚合酶链式反应）生物芯片，他进行了电渗流驱动的三维传热和流动研究，并建立电渗流的传热和流动模拟。由于电渗驱动是一种用于微流体生物芯片中的常用驱动方式，但其带来的焦耳热也不容忽视，尤其对于连续流PCR生物芯片这类对温度敏感的生物芯片中，更是如此。为此他针对PCR芯片电渗驱动的焦耳热现象进行了三维数值模拟并得到了其二维瞬态问题的理论解析解。
　　 通过以上研究，桂林最终建立了连续流PCR生物芯片热控制系统，设计出基于工作流体相变的微纳米冻融阀（已获得中国专利授权）、形状记忆合金微阀、微型相变冻融泵，以及基于SU8热膨胀效应的微镊、片上微颗粒离心浓缩激光计数系统，并提出了基于光漂白的微观整场温度分布测量技术。
　　 在微流体生物芯片的设计上，桂林的研究始终走在国际的前沿，也是由于在微流控器械方面的贡献，他受邀参与编写了《Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics》书中“热微阀”一章，由Springer于2008年出版。
　　 2007年，桂林凭借出色的研究成果转成加拿大滑铁卢大学副研究员，并留任继续研究工作。之后桂林除了在科研上的研究，还利用其计算机方面的业余专长和他人在加拿大共同创建BG DoDo软件公司并兼任技术总监，公司取得了快速的发展。

到中流击水：
搭建微流控芯片平台

　　 2011年，应中国科学院“百人计划”，桂林回到了阔别6年的中国科学院理化技术研究所，这次回国，他有一个夙愿：从此一生为中国的理化技术创新贡献自己的学识和力量。
　　 入所后，桂林积极筹备实验室以及完成队伍建设，以便很快完成微流控芯片平台的搭建，为设计、制作并测试微米级微流控芯片做好充分准备。

　　 由于研究方向在国内属于前沿技术，桂林2012年受邀参加并主持第三届ASME微纳米传热传质国际会议微流体器械分会，还被聘为微纳米传热传质会议论文审稿人。会上，他首次提出了“流动”微加热器的概念并受到广泛关注，所发表会议论文“Design of liquid-metal heating-induced temperature gradient focusing in microfluidic channels ”由于其创新性被推荐到传热界著名刊物《Journal of Heat Transfer》的特别子刊。
　　 桂林所提出“流动”的微加热器的概念，是通过向微流控芯片的微流道中灌注特殊的流体——液态金属，形成微型加热器对芯片实行加热。其优点是制作简单，省去溅射工艺和微流道天然对准，并可以制作成任何形状，使得热设计有更大的自由度。据悉，该技术可用以设计PCR芯片及片上（on chip）细胞培养，基于该技术，他还设计出基于温度梯度的电解质聚焦芯片，并获得专利。
　　 正是充分利用科学与技术相互依赖关系，桂林在微流控技术研究中越走越远。

还看今朝：
以液态金属为突破口

　　 三年来，桂林在学科建设和进展上突飞猛进，目前，在团队上已招收博士生5名、硕士生2名，实验台硬件搭建也逐步完善，并承担多个项目，包括百人计划择优项目、国家自然科学基金仪器重大专项以及面上项目、所长基金以及北京三院联合研究项目。依托于这些项目，桂林团队的研究工作正别开生面地进行着。
　　 在微流控芯片系统设计过程中，桂林发现，作为一种特殊的流体, 液态金属导电导热性能优异,用在微流控芯片中往往能大大提高微流控系统的集成度. 以此为突破口，桂林等人开展了一系列基于液态金属的片上微器械的研究。其间，他们提出了用液态金属灌注出片上的微型加热丝用于连续流PCR微流控芯片的温度控制，大大简化了芯片的复杂程度，并有效降低成本。
　　 同时，利用液态金属的导电性和电阻温度依赖性, 可将液态金属器件同时作为加热元件和测温元件，二者协同工作可大大简化系统的设计和加工难度，在此基础上，桂林等人完成了基于液态金属的微热控制平台设计；并通过在传统的T型流道中加入氢氧化钠流道组成K型流道克服液态金属高表面张力和粘性，在芯片上产生稳定可控的液态金属液滴序列，发现了片上液态金属液滴生成技术。此外，在2013年ASME年会上，他们提出“液滴微热实验室”的概念，论文中向学术界展示了如何通过对一个金属液滴进行控温建立一个微观的温度快速控制平台。
　　 在一次偶然的实验中，桂林发现PDMS材料在薄到一定程度时能够允许电子穿过。基于此现象，桂林等人提出了基于液态金属的电渗微泵，液态金属的引入让电渗泵的尺寸大大缩小（驱动面积最小可达100微米*100微米）驱动电压也大为降低（1.6伏的最低驱动电压），成为目前世界尺寸最小驱动电压最低的电渗泵。该泵完美的解决了微流控芯片的片上微驱动难题，让片上驱动”就如同画画一样简单”。该成果一经发表，在国际上得到高度认可和广泛关注。
　　 生也有涯，而知也无涯。如今，桂林和他的团队依然在微流控技术上奋力拼搏着，他们正在用科技的力量和自身的汗水助力社会的前进！