מים הם משאב טבעי בו תלויה האנושות ומשמשים בתחומים רבים. בשנים האחרונות, הדפוס ובקרת הזרימה של כמויות עקבות של מים משכו תשומת לב רחבה בתחומי מדעי החומרים, כימיה וביו-רפואה.
"לחתוך מים בסכין"? ב-1 בספטמבר הודיע הכתב כי צוות המחקר של אוניברסיטת שיאן ג'יאוטונג ואוניברסיטת צפון-מערב הפוליטכנית שיתפו פעולה כדי להציג את הטכנולוגיה החדשה של "מים חתוכים בלייזר", ומימוש הרעיון הזה, עבור "מים! "יישום המים מספק רעיון חדש.
חיתוך בלייזר "עוגת מים" עשויה מדוגמאות שונות.
מימוש חיתוך ועיבוד מים בלייזר
כיצד "לאלף" מים ולהשתמש בהם היה נושא למחקר מאז ימי קדם. חיתוך מים, בעיני אנשים הוא דבר מדהים, כמו שירו המפורסם של המשורר משושלת טאנג לי באי: "לשלוף סכין כדי לחתוך את המים עוד מים, להרים כוס כדי להפיג את העצב עצוב יותר." כפי שמשתקף, מים, כנוזל עם אי סדר, קשה לפלסטיק ולחתוך בשיטות מסורתיות.
כיום, האמצעי העיקרי לבקרת המורפולוגיה והזרימה של מי עקבות הוא עיבוד מוקדם של תעלות מוצקות. עם זאת, בשל האופי המבולבל והנזילות של המים, עיבוד מדויק של מים עדיין מאתגר. האם חיתוך לייזר, כטכנולוגיה המנצלת את האפקט הפוטותרמי לעיבוד חומרים מוצקים, יכול לאפשר חיתוך ועיבוד של מים?
בהתבסס על הרעיון לעיל, קבוצתו של פרופ' לי פיי בבית הספר למדעי החיים והטכנולוגיה של אוניברסיטת שיאן ג'יאוטונג וקבוצתו של פרופ' עמית לי שיאוגואנג בבית הספר לפיזיקה של האוניברסיטה הפוליטכנית הצפון-מערבית שיתפו פעולה כדי לרתום את הלייזר, שהוא המכונה "הסכין המהירה ביותר", ומאמצים טכנולוגיית עיבוד לייזר על ידי ויסות תכונות הנזילות ומתח הפנים של המים. באמצעות טכנולוגיית עיבוד לייזר, הצוות הבין את הרעיון של "חיתוך מים בלייזר" על ידי התאמת תכונות הנזילות ומתח הפנים של המים, והפך את "חיתוך מים בסכין" למציאות.
הצוות השתמש תחילה בחלקיקי סיליקה הידרופוביים לציפוי פני המים, בנה "עוגת מים" בעובי של תת-מילימטר, ולאחר מכן חתך את "עוגת המים" בלייזר, תוך מימוש הרעיון של "חייתוך מים בלייזר" ו" חיתוך מים בלייזר". הרעיון של "חיתוך מים בלייזר" התממש בהצלחה, ונוצרו מגוון "דפוסים".
עקבו אחר הסיבה מדוע ניתן לחתוך "עוגת מים".
מדוע הלייזר יכול לחתוך מים בצורה קסומה? צוות חוקרים, ניתן לחתוך "עוגת מים" בלייזר משתי סיבות עיקריות: ראשית, פני השטח של "עוגת המים" של חלקיקי הסיליקה באורך גל של 10.6 מיקרון של לייזר אינפרא אדום יש ספיגה חזקה, לאחר הקרנת לייזר, חלקיקי סיליקה ננו. לאחר הקרנת לייזר, ננו-חלקיקי סיליקה סופגים אנרגיית לייזר המומרת לחום לצורך אידוי מים; שנית, כאשר המים המקומיים מתאדים, זרימת המים תניע את פני השטח של ננו-חלקיקי הסיליקה לכסות עוד יותר את פני המים החשופים, ובכך תמנע את תהליך "ריפוי" המים.
מבוא Li Fei, הצוות גם חקר את נפח המים באמצעות ניסויים באזור "עוגת המים", עובי "עוגת המים" על היתכנות החיתוך ועובי "עוגת המים", מהירות סריקת הלייזר על דיוק העיבוד הפרמטרים הניסויים האופטימליים של התקבלו "חיתוך מים בלייזר". לאחר מכן, חותך הלייזר יושם לעיבוד מוצלח של שבבים מיקרו-נוזליים נפוצים, כולל תעלות צולבות ותעלות מפוזרות, המאשר את היכולת של "חיתוך מי לייזר" לעבד מבנים מיקרו-נוזליים מורכבים, וקביעה שהשבבים המיקרו-נוזליים מעובדים על ידי "חיתוך מי לייזר" יכול להגיע ל-350 מיקרומטר לפחות. נקבע כי השבב המיקרו-נוזלי הקטן ביותר המעובד על ידי "חיתוך מים בלייזר" יכול להיות 350 מיקרומטר.
ניתן ליישם את השבבים המיקרו-נוזליים שהוכנו על ידי "חיתוך מים בלייזר" בתחומים רבים.
מניפולציה של נוזלים היא אחד היישומים העיקריים של שבבים וטיפות מיקרו-נוזליות. הצוות יישם את השבבים והטיפות המיקרו-נוזליות שעובדו על ידי "חיתוך מים בלייזר" לצורך מניפולציה רלוונטית של נוזלים, ואישר את פונקציית מניפולציית הנוזלים של השבבים והטיפות המיקרו-נוזליות המוכנות בעצמן.
במהלך המחקר, בהתבסס על הפתיחות של השבב המיקרו-נוזל המעובד "חתוך מים בלייזר", הצוות יישם את שבב המיקרו-נוזלים המעובדים "חתוך מים בלייזר" כפלטפורמת תגובה ממוזערת למימוש סינתזה כימית. לדוגמה, קומפלקס נחושת-אמוניה וסינתזה של חומצות אמינו עם נינהידרין hydrated. בהתבסס על העברת האור של השבבים המיקרו-נוזליים המעובדים "חתוך לייזר", הצוות פיתח אותם כמיקרו-כורים לחישה ביוכימית ופלטפורמות זיהוי קולורימטריות לזיהוי סמנים ביולוגיים כגון יוני מתכת, חלבונים, אוריאה וחומצות גרעין. לבסוף, השבבים המיקרו-נוזליים המעובדים שימשו כתבניות מעוצבות למניפולציה אלקטרו-קינטית של מתכות נוזליות וסינתזה של הידרוג'לים מעוצבים, וכפלטפורמות לדילול שיפוע תרופתי ולתרבית תאים.
באמצעות המחקר, הצוות הציע באופן חדשני טכניקה לעיבוד מים בחיתוך לייזר, הפותרת את האתגר של עיבוד מים במדויק על ידי קשירת זרימת המים. שבבים מיקרופלואידיים שהוכנו על ידי חיתוך מים בלייזר מראים פוטנציאל ליישומים במגוון רחב של תחומים, כולל כימיה, בריאות, מדעי החומרים וביו-רפואה.
