Woda jest zasobem naturalnym, od którego zależy ludzkość i jest wykorzystywana w wielu dziedzinach. W ostatnich latach modelowanie i kontrola przepływu śladowych ilości wody przyciągnęła powszechną uwagę w dziedzinie inżynierii materiałowej, chemii i biomedycyny.
„Cięcie wody nożem”? 1 września reporter został poinformowany, że zespół badawczy Uniwersytetu Xi'an Jiaotong i Northwestern Polytechnical University współpracowały nad przedstawieniem nowej technologii „laserowego cięcia wodą” i realizacją tego pomysłu w przypadku „wody!”. Zastosowanie wody daje nowy pomysł.
Cięcie laserowe „ciasta wodnego” z różnych wzorów.
Realizacja cięcia i obróbki wody laserem
Sposób „oswojenia” wody i wykorzystania jej jest przedmiotem badań już od czasów starożytnych. Cięcie wody w oczach ludzi jest rzeczą niesamowitą, jak potwierdza słynny wiersz poety z dynastii Tang Li Bai: „Wyciągając nóż, aby odciąć wodę, podnieś kubek, aby rozproszyć smutek bardziej smutny”. Jak widać, woda, jako płyn nieuporządkowany, jest trudna do uplastycznienia i cięcia tradycyjnymi metodami.
Obecnie głównym sposobem kontrolowania morfologii i przepływu wody śladowej jest wstępna obróbka stałych kanałów. Jednak ze względu na nieuporządkowany charakter i płynność wody precyzyjna obróbka wody nadal stanowi wyzwanie. Czy cięcie laserowe, jako technologia wykorzystująca efekt fototermiczny do obróbki materiałów stałych, może umożliwić cięcie i obróbkę wody?
Opierając się na powyższym pomyśle, grupa prof. Li Fei w Szkole Nauk Przyrodniczych i Technologii Uniwersytetu Xi'an Jiaotong oraz grupa profesora nadzwyczajnego Li Xiaoguanga w Szkole Fizyki Northwestern Polytechnical University współpracowały nad wykorzystaniem lasera, który jest znany jako „najszybszy nóż” i wykorzystuje technologię obróbki laserowej poprzez regulację właściwości płynności i napięcia powierzchniowego wody. Wykorzystując technologię obróbki laserowej, zespół zrealizował pomysł „laserowego cięcia wody” poprzez dostosowanie właściwości płynności i napięcia powierzchniowego wody, zamieniając „cięcie wodą nożem” w rzeczywistość.
Zespół najpierw użył hydrofobowych nanocząstek krzemionki do pokrycia powierzchni wody, tworząc „placek wodny” o grubości submilimetrowej, a następnie wyciął „placek wodny” za pomocą lasera, z powodzeniem realizując ideę „laserowego cięcia wodą” i „ laserowe cięcie wodą”. Pomysł „laserowego cięcia wodą” został pomyślnie zrealizowany i powstały różnorodne „wzory”.
Znajdź powód, dla którego można pokroić „ciasto wodne”.
Dlaczego laser może magicznie przeciąć wodę? Zespół badaczy stwierdził, że „placek wodny” można ciąć laserem z dwóch głównych powodów: Po pierwsze, powierzchnia „placeka wodnego” nanocząstek krzemionki przy długości fali 10,6 mikrona lasera na podczerwień charakteryzuje się silną absorpcją, po napromieniowaniu laserem nanocząstki krzemionki Po napromieniowaniu laserem nanocząsteczki krzemionki absorbują energię lasera zamienioną na ciepło w celu odparowania wody; po drugie, gdy lokalna woda odparuje, przepływ wody będzie napędzał powierzchnię nanocząstek krzemionki, aby jeszcze bardziej pokryć odsłoniętą powierzchnię wody, zapobiegając w ten sposób procesowi „gojenia się” wody.
Li Fei, zespół zbadał także objętość wody poprzez eksperymenty w obszarze „placka wodnego”, grubość „placeka wodnego” pod kątem możliwości cięcia i grubości „placeka wodnego”, prędkość skanowania laserowego w odniesieniu do dokładności przetwarzania. Zoptymalizowane parametry eksperymentalne uzyskano „laserowe cięcie wodą”. Następnie zastosowano wycinarkę laserową do skutecznej obróbki powszechnie stosowanych chipów mikroprzepływowych, w tym kanałów krzyżowych i kanałów rozproszonych, potwierdzając zdolność „laserowego cięcia wodą” do obróbki złożonych struktur mikroprzepływowych oraz stwierdzając, że chipy mikroprzepływowe przetwarzane metodą „laserowego cięcia wodą” może osiągnąć minimalnie 350 mikrometrów. Ustalono, że najmniejszy chip mikroprzepływowy poddany obróbce metodą „laserowego cięcia wodą” może mieć wielkość 350 mikrometrów.
Chipy mikroprzepływowe przygotowane metodą „laserowego cięcia wodą” mogą znaleźć zastosowanie w wielu dziedzinach.
Manipulacja płynami jest jednym z głównych zastosowań chipów i kropelek mikroprzepływowych. Zespół zastosował chipy i kropelki mikroprzepływowe poddane obróbce metodą „laserowego cięcia wody” do odpowiedniej manipulacji płynami i potwierdził funkcję manipulacji płynami przygotowanych samonośnych chipów i kropelek mikroprzepływowych.
W trakcie badań, bazując na otwartości chipa mikroprzepływowego przetwarzanego „laserowo wycinaną wodą”, zespół zastosował chip mikroprzepływowy przetwarzany „laserowo wycinaną wodą” jako zminiaturyzowaną platformę reakcyjną do realizacji syntezy chemicznej. Na przykład kompleksowanie miedzi z amoniakiem i synteza aminokwasów za pomocą uwodnionej ninhydryny. W oparciu o przepuszczalność światła chipów mikroprzepływowych przetwarzanych „laserowo wycinaną wodą” zespół opracował je jako mikroreaktory do wykrywania biochemicznego i platform detekcji kolorymetrycznej do wykrywania biomarkerów, takich jak jony metali, białka, mocznik i kwasy nukleinowe. Wreszcie przetworzone chipy mikroprzepływowe wykorzystano jako wzorzyste formy do elektrokinetycznej manipulacji ciekłymi metalami i syntezy wzorzystych hydrożeli, a także jako platformy do rozcieńczania w gradiencie leku i hodowli komórkowych.
Dzięki badaniom zespół w innowacyjny sposób zaproponował technikę obróbki wody za pomocą cięcia laserowego, która rozwiązuje wyzwanie precyzyjnego przetwarzania wody poprzez wiązanie przepływu wody. Chipy mikroprzepływowe przygotowane za pomocą cięcia laserowego wody wykazują potencjał do zastosowań w wielu dziedzinach, w tym w chemii, zdrowiu, materiałoznawstwie i biomedycynie.
