搭最硬核的积木，做最有趣的科研—方群教授研究组将乐高积木引入科研与本科生实验教学

说到积木，你会想到什么？是玩具？童年？还是五彩缤纷的童话般的梦境？

方群教授研究组利用乐高积木搭建激光诱导荧光检测（LIF）系统，为科研与教学带来了别样的色彩和趣味。

从LEGO到LIFGO：模块化理念的延续

激光诱导荧光检测（LIF）是最敏感的光谱检测技术之一，检测限可达到亚皮摩尔级。作为精密光学仪器，LIF系统的搭建通常依赖于光学调控平台，需要在专业的光电机械实验室里进行，门槛高，耗时长，装配和光路调校难度较大。

方群教授研究组对基于LIF技术的毛细管电泳系统进行了长达二十余年的研究，在LIF的设计、组装和微型化方面已具备坚实的技术基础。对于LIF系统的搭建，方群教授研究组从乐高（LEGO）积木上获得了灵感——乐高积木具有组装方便、灵活的突出优势，而这一优势的背后，是其所采取的模块化组装理念。那么，模块化理念是否能引入LIF系统的搭建过程，赋予其优越的灵活性与自由度？鉴于此，研究组开始着手开发一种基于商品化乐高积木的模块化LIF系统。

开发过程并非一帆风顺。其中最大的难点是如何在保证光学系统精度的前提下，使形状不规则的光学器件与乐高积木匹配。而解决这一难题的秘诀在于3D 打印技术。经测试，3D 打印而成的积木块可保证各光学元件之间的对准，满足所需的定位精度。这种由商品化乐高积木与3D打印积木共同促成的模块化搭建模式极大地简化了LIF系统的搭建过程，LIFGO系统也由此诞生。与常规的LIF系统相比，LIFGO无需专业光学平台即可搭建，体积小，成本低，操作简易，其鲜明的用户友好特色为长达8年的 LIFGO本科生实验教学埋下了伏笔。

LIFGO—用乐高积木搭建起来的激光诱导荧光检测系统

从科研到教学：Play Well, Study Well

LEGO之名源自丹麦语“Leg Godt”，意为“Play Well”。那么，像“搭积木”一样地“搭仪器”，能否像益智游戏引导儿童探索世界那样，让本科生充满乐趣与向往地投入实验，探索科研呢？

2013年，研究组将LIFGO系统的构建引入到本科生仪器分析实验教学中。迄今，这个实验在化学系本科二年级学生的仪器分析教学实验课程中已经进行了8年。经过历年的优化与调整，如今，大部分参与实验的学生都可以在 3 小时内完成LIFGO 系统的构建和测试。

 LIFGO系统的搭建实验采取了开放的教学模式。指导老师鼓励学生进行自主设计，自由地选择与组合不同的乐高积木或3D打印积木，用以构建具有不同光学结构和配置的LIFGO 系统。学生不仅认识和理解了LIF 系统结构与荧光分析原理，锻炼了动手能力和解决问题的能力，更难能可贵的是，他们从多彩而童趣的“搭积木”式实验中获得了探索和创造的乐趣。

学生以小组为单位，合作搭建实验装置

从LEGO到LIFGO，从科研到教学，从中可以看到，严肃的实验与创造性的趣味游戏之间不存在重重壁垒，科研也从来不会是一潭死水。创新意识的萌芽，科研思维的成长，可能就从一场小组合作的仪器搭建实验、从自主设计的趣味实践开始，或者说——从这样的一次搭积木开始。

该工作近期发表于 Talanta（https://doi.org/10.1016/j.talanta.2021.123063）。以上工作得到了国家自然科学基金项目的资助。