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從LEGO到LIFGO：模塊化理念的延續

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

方群教授研究組對基于LIF技術的毛細管電泳系統進行了長達二十余年的研究，在LIF的設計、組裝和微型化方面已具備堅實的技術基礎。對于LIF系統的搭建，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、靈活的突出優勢，而這一優勢的背后，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系統的搭建過程，賦予其優越的靈活性與自由度？鑒于此，研究組開始著手開發一種基于商品化樂高積木的模塊化LIF系統。

開發過程并非一帆風順。其中最大的難點是如何在保證光學系統精度的前提下，使形狀不規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。經測試，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系統的搭建過程，LIFGO系統也由此誕生。與常規的LIF系統相比，LIFGO無需專業光學平臺即可搭建，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

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系統的構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進行了8年。經過歷年的優化與調整，如今，大部分參與實驗的學生都可以在 3 小時內完成LIFGO 系統的構建和測試。

 LIFGO系統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，用以構建具有不同光學結構和配置的LIFGO 系統。學生不僅認識和理解了LIF 系統結構與熒光分析原理，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。