世界上有一种玩具，看似简单小巧，却蕴含着无穷的能量和创意，令众多小朋友、年轻人以及中年少女少男趋之若鹜为之疯狂，它就是——乐高®（LEGO®）。“LEGO”一词源于丹麦语中的“leg godt”，翻译成中文就是“玩得开心”。
不就是个玩具嘛？！如果还有这个想法，那就太out啦。乐高积木所具有的强大造型能力和对未知可能性的挑战，使之成为玩家们展示自己想象力和创造力的舞台，受到了艺术家和电影人的追捧。以乐高为题材的电影就有多部，其中2014年的The LEGO Movie 和2017年的The LEGO Batman Movie，无论是剧情、配乐、台词、镜头语言、口碑还是票房都不输于其他大片（IMDb评分分别为7.8和7.3，豆瓣评分为7.9和8.0，全球票房分别为4.6亿美元和3.1亿美元 [1-4]）。
The LEGO Batman Movie 宣传海报
就连热门美剧《生活大爆炸》（The Big Bang Theory）里，也没忘了让乐高客串一下。物理学家中的怪咖Sheldon，对乐高也是情有独钟。
Sheldon在剧中用乐高拼星球大战场景。图片来源：The Big Bang Theory S05E08
真实世界里也有很多把乐高玩的出神入化的艺术家，Nathan Sawaya就是其中最杰出的一个。这位毕业于纽约大学法学系的前金领并购律师，为了追寻内心的快乐毅然决然辞职投身于乐高的艺术世界，小小的积木在他手中展现出了震撼人心的力量。
Nathan Sawaya的作品Yellow。图片来源：Nathan Sawaya网站 [5]
不单单是艺术家，科学家们也对乐高产生了浓厚的兴趣。比如去年，美国加州大学欧文分校（UCI）的研究者借用乐高模块化的特点，采用3D打印技术制作聚二甲基硅氧烷（PDMS）积木并集成出定制的微流控系统。不同的积木具有各种不同的功能，通过乐高般的搭接，就可以轻松地构建复杂的微流控系统，而且滴水不漏。[6]
3D打印的乐高式模块化微流控系统。图片来源：J. Micromech. Microeng. [6]
事实上，由于任何两块乐高积木都可以通过插拔卡槽固定，这种高精度和高一致性，为系统模块化的设计提供了基础。不过，在高性能微流控系统的制造中，上文所用的3D打印方法还是面临若干限制，包括材料相容性、最小特征尺寸的分辨率、表面粗糙度、长期的尺寸稳定性（特别是与流体接触时）。相比于3D打印，注塑成型（injection molding）有诸多优势，比如可以采用多种聚合物为原料，具有出色的尺寸控制（公差小于50 μm）、非常光滑的表面（平均粗糙度小于1 μm）以及极高的生产速度（一个组件仅需数秒）。然而，为了降低注塑成型的模具成本，往往需要使用一个模具生产大量相同的产品，但这样又会使得模块的定制化无法实现。
日前，美国麻省理工学院（MIT）的Crystal E. Owens（一作）和A. John Hart教授想到了解决方案，他们从商店里购买了真正的乐高积木，利用微加工技术在其上构筑微流道，搭建了一种高精度模块化的微流控系统。相关论文发表在Lab on a Chip 上。
基于真正乐高积木的模块化微流控系统。视频来源：Melanie Gonick / MIT
直接使用注塑成型的市售乐高积木，无疑已经解决了原料问题和模块标准化的问题。不过好的想法总是说起来简单，真正做起来却不简单。研究者利用台式微型铣刀在乐高积木的侧壁刻出500 μm宽的微流道，然后贴上一层透明的薄膜用来密封。根据微流道样式的不同进行组合，就可以实现不同的功能。比如弯曲的微流道可以实现液体流速的控制，Y形微流道可以实现不同比例液体混合的控制。
在市售乐高积木侧壁上构筑微流道。图片来源：Melanie Gonick / MIT
加工后的乐高积木具有不同功能，构建模块化微流控系统。图片来源：Lab Chip
虽然乐高积木可以牢固地插入卡位，但积木之间还有小小的间隙，大小在100到500 μm之间。如何才能既不影响搭建的方便性，又能有效避免这种缝隙带来的漏液？Owens坦承这个问题是整个课题中最难啃的骨头。[7] 经过多种思路的尝试，他们最终选用了在生活中很常见的O形圈来作密封，每块积木的每条微流道的入口和出口周围，都设计了微型的O形圈，可有效地防止流体泄露。
乐高积木之间的缝隙宽度和O形圈设计。图片来源：Lab Chip
随后，研究者进行了一系列测试，证明他们基于市售乐高积木和微加工的模块化微流控系统具有很好的性能，可以完成光学传感等多种任务。另外，他们还将自己的系统与基于3D打印的模块化微流控系统进行了比较，不用说，无论是采用熔融沉积成型（FDM）工艺还是光固化立体造型（SLA）工艺，3D打印技术都落于下风。
与3D打印技术的比较。图片来源：Lab Chip
尽管这种基于市售乐高积木和微加工的模块化微流控系统具有易操作、成本低、模块化、可任意组装等众多优势，但是也存在一些缺点。比如，目前能够制作的微流道最小可到数十微米宽，然而一些微流体操作需要更小的微流道。另外，由于乐高积木由热塑性塑料制成，因此它们可能无法承受某些化学试剂的腐蚀。
“我们一直在尝试不同的涂料，可以涂在乐高积木表面上，使它们可以与不同的液体兼容”， Owens说，“同时，也可以考虑使用其他材料制备乐高，如具有高温稳定性和耐化学性的聚合物。”[7]
目前，研究者已经开始利用这种乐高微流控平台来执行特定的任务，如操控生物流体、分选细胞、分子封装等。Hart说，“我们的方法让制造微流控装置原型变得更加容易。”[7]
除了乐高积木，乐高的其他设备也可以用来做实验，比如有人曾使用乐高的马达和几组大小齿轮构建了电动变速齿轮组，以代替几百美元的电机实现样品的匀速提升。[8]
所以，如果您是导师或者有朝一日做了导师，走进实验室看见学生们不看文献不做实验，却在不亦乐乎地拼乐高，请先不要一脸黑线……
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
High-precision modular microfluidics by micromilling of interlocking injection-molded blocks
Lab Chip, 2018, DOI: 10.1039/c7lc00951h
参考资料：
1. http://www.imdb.com/title/tt1490017
2. http://www.imdb.com/title/tt4116284/
3. https://movie.douban.com/subject/3927734/
4. https://movie.douban.com/subject/26145033/
5. http://www.nathansawaya.com/
6. A truly Lego®-like modular microfluidics platform. J. Micromech. Microeng., 2017, 27, 35004
7.http://news.mit.edu/2018/microfluidics-lego-bricks-0131
8.https://www.zhihu.com/question/64001594/answer/215704705
（本文由小希供稿）
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