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從LEGO到LIFGO：模塊化理念的延續(xù)

激光誘導熒光檢測（LIF）是最敏感的光譜檢測技術(shù)之一，檢測限可達到亞皮摩爾級。作為精密光學儀器，LIF系統(tǒng)的搭建通常依賴于光學調(diào)控平臺，需要在專業(yè)的光電機械實驗室里進行，門檻高，耗時長，裝配和光路調(diào)校難度較大。

方群教授研究組對基于LIF技術(shù)的毛細管電泳系統(tǒng)進行了長達二十余年的研究，在LIF的設(shè)計、組裝和微型化方面已具備堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。對于LIF系統(tǒng)的搭建，方群教授研究組從樂高（LEGO）積木上獲得了靈感——樂高積木具有組裝方便、靈活的突出優(yōu)勢，而這一優(yōu)勢的背后，是其所采取的模塊化組裝理念。那么，模塊化理念是否能引入LIF系統(tǒng)的搭建過程，賦予其優(yōu)越的靈活性與自由度？鑒于此，研究組開始著手開發(fā)一種基于商品化樂高積木的模塊化LIF系統(tǒng)。

開發(fā)過程并非一帆風順。其中最大的難點是如何在保證光學系統(tǒng)精度的前提下，使形狀不規(guī)則的光學器件與樂高積木匹配。而解決這一難題的秘訣在于3D 打印技術(shù)。經(jīng)測試，3D 打印而成的積木塊可保證各光學元件之間的對準，滿足所需的定位精度。這種由商品化樂高積木與3D打印積木共同促成的模塊化搭建模式極大地簡化了LIF系統(tǒng)的搭建過程，LIFGO系統(tǒng)也由此誕生。與常規(guī)的LIF系統(tǒng)相比，LIFGO無需專業(yè)光學平臺即可搭建，體積小，成本低，操作簡易，其鮮明的用戶友好特色為長達8年的 LIFGO本科生實驗教學埋下了伏筆。

LIFGO—用樂高積木搭建起來的激光誘導熒光檢測系統(tǒng)

從科研到教學：Play Well, Study Well

LEGO之名源自丹麥語“Leg Godt”，意為“Play Well”。那么，像“搭積木”一樣地“搭儀器”，能否像益智游戲引導兒童探索世界那樣，讓本科生充滿樂趣與向往地投入實驗，探索科研呢？

2013年，研究組將LIFGO系統(tǒng)的構(gòu)建引入到本科生儀器分析實驗教學中。迄今，這個實驗在化學系本科二年級學生的儀器分析教學實驗課程中已經(jīng)進行了8年。經(jīng)過歷年的優(yōu)化與調(diào)整，如今，大部分參與實驗的學生都可以在 3 小時內(nèi)完成LIFGO 系統(tǒng)的構(gòu)建和測試。

 LIFGO系統(tǒng)的搭建實驗采取了開放的教學模式。指導老師鼓勵學生進行自主設(shè)計，自由地選擇與組合不同的樂高積木或3D打印積木，用以構(gòu)建具有不同光學結(jié)構(gòu)和配置的LIFGO 系統(tǒng)。學生不僅認識和理解了LIF 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與熒光分析原理，鍛煉了動手能力和解決問題的能力，更難能可貴的是，他們從多彩而童趣的“搭積木”式實驗中獲得了探索和創(chuàng)造的樂趣。

學生以小組為單位，合作搭建實驗裝置

從LEGO到LIFGO，從科研到教學，從中可以看到，嚴肅的實驗與創(chuàng)造性的趣味游戲之間不存在重重壁壘，科研也從來不會是一潭死水。創(chuàng)新意識的萌芽，科研思維的成長，可能就從一場小組合作的儀器搭建實驗、從自主設(shè)計的趣味實踐開始，或者說——從這樣的一次搭積木開始。

該工作近期發(fā)表于 Talanta（https://doi.org/10.1016/j.talanta.2021.123063）。以上工作得到了國家自然科學基金項目的資助。