Ūdens ir dabas resurss, no kura ir atkarīga cilvēce un ko izmanto daudzās jomās. Pēdējos gados nelielu ūdens daudzumu modelēšana un plūsmas kontrole ir piesaistījusi plašu uzmanību materiālu zinātnes, ķīmijas un biomedicīnas jomās.
"Ūdens griešana ar nazi"? 1. septembrī reportieris tika informēts, ka Xi'an Jiaotong Universitātes un Ziemeļrietumu Politehniskās universitātes pētniecības komanda sadarbojās, lai izvirzītu "lāzera griešanas ūdens" jauno tehnoloģiju un šīs idejas realizāciju, par "ūdens! sniedz jaunu ideju.
Lāzergriešanas "ūdens kūka" no dažādiem rakstiem.
Ūdens griešanas un apstrādes ar lāzeru realizācija
Kā "pieradināt" ūdeni un likt to lietā, tas ir pētīts jau kopš seniem laikiem. Ūdens griešana cilvēku acīs ir neticama lieta, jo Tanu dinastijas dzejnieka Li Bai slavenajā dzejolī: "Zīmējot nazi, lai nogrieztu ūdeni vairāk ūdens, paceliet kausu, lai izkliedētu skumjas vairāk skumji." Kā redzams, ūdeni kā šķidrumu ar traucējumiem ir grūti plastificēt un sagriezt ar tradicionālām metodēm.
Mūsdienās galvenais ūdens morfoloģijas un plūsmas kontroles līdzeklis ir cieto kanālu iepriekšēja apstrāde. Tomēr ūdens nesakārtotā rakstura un plūstamības dēļ precīza ūdens apstrāde joprojām ir izaicinājums. Vai lāzergriešana kā tehnoloģija, kas izmanto fototermisko efektu cieto materiālu apstrādei, var nodrošināt ūdens griešanu un apstrādi?
Pamatojoties uz iepriekš minēto ideju, prof. Li Fei grupa Sjaņas Dzjaotongas Universitātes Dzīvības zinātņu un tehnoloģiju skolā un asociētā prof. Li Sjaoguana grupa Ziemeļrietumu Politehniskās universitātes Fizikas skolā ir sadarbojusies, lai izmantotu lāzeru, kas ir pazīstams kā "ātrākais nazis", un izmanto lāzera apstrādes tehnoloģiju, regulējot ūdens plūstamības un virsmas spraiguma īpašības. Izmantojot lāzera apstrādes tehnoloģiju, komanda realizēja ideju par "ūdens griešanu ar lāzeru", pielāgojot ūdens plūstamības un virsmas spraiguma īpašības, pārvēršot "ūdens griešanu ar nazi" par realitāti.
Komanda vispirms izmantoja hidrofobās silīcija dioksīda nanodaļiņas, lai pārklātu ūdens virsmu, izveidojot "ūdens kūku" ar submilimetra biezumu, un pēc tam ar lāzeru izgrieza "ūdens kūku", veiksmīgi realizējot ideju par "lāzera ūdens griešanu" un " lāzera ūdens griešana". Veiksmīgi tika realizēta ideja par "lāzera griešanas ūdeni", tika radīti dažādi "raksti".
Izsekojiet iemeslu, kāpēc "ūdens kūka" var tikt sagriezta
Kāpēc lāzers var maģiski sagriezt ūdeni? Komandas pētnieki uzskata, ka "ūdens kūku" ar lāzeru var sagriezt divu galveno iemeslu dēļ: pirmkārt, silīcija dioksīda nanodaļiņu "ūdens kūkas" virsmai uz infrasarkanā lāzera viļņa garuma 10,6 mikroni ir spēcīga absorbcija, pēc lāzera apstarošanas silīcija dioksīda nanodaļiņas. Pēc lāzera apstarošanas silīcija dioksīda nanodaļiņas absorbē lāzera enerģiju, kas pārvērsta siltumā ūdens iztvaicēšanai; otrkārt, kad vietējais ūdens tiek iztvaicēts, ūdens plūsma virzīs silīcija dioksīda nanodaļiņu virsmu, lai vēl vairāk pārklātu atklāto ūdens virsmu, tādējādi novēršot ūdens "dziedināšanas" procesu.
Li Fei ievadā komanda pētīja arī ūdens tilpumu, veicot eksperimentus ar "ūdens kūkas" apgabalu, "ūdens kūkas" biezumu, lai noskaidrotu griešanas iespējamību un "ūdens kūkas" biezumu, lāzera skenēšanas ātrumu attiecībā uz apstrādes precizitāti. Optimizētie eksperimentālie parametri tika iegūta "lāzera ūdens griešana". Pēc tam lāzera griezējs tika izmantots, lai veiksmīgi apstrādātu plaši izmantotas mikrofluidiskās mikroshēmas, tostarp šķērskanālus un izkliedētus kanālus, apstiprinot "lāzera ūdens griešanas" spēju apstrādāt sarežģītas mikrofluidiskas struktūras un nosakot, ka mikrofluidiskās mikroshēmas tiek apstrādātas ar "lāzera ūdens griešanu" var sasniegt vismaz 350 mikrometrus. Noteikts, ka mazākā mikrofluidiskā mikroshēma, kas apstrādāta ar "lāzera ūdens griešanu", var būt 350 mikrometri.
Mikrofluidiskās mikroshēmas, kas sagatavotas ar "lāzera ūdens sagriešanas metodi", var tikt izmantotas daudzās jomās.
Manipulācija ar šķidrumu ir viens no galvenajiem mikrofluidisko mikroshēmu un pilienu lietojumiem. Komanda izmantoja mikrofluidiskās mikroshēmas un pilienus, kas apstrādāti ar "lāzera ūdens sagriešanu", lai veiktu attiecīgās manipulācijas ar šķidrumu, un apstiprināja sagatavoto pašatbalstīto mikrofluidisko mikroshēmu un pilienu manipulācijas ar šķidrumu.
Pētījuma gaitā, pamatojoties uz "lāzera griešanas ūdens" apstrādātās mikrofluidiskās mikroshēmas atvērtību, komanda izmantoja ar lāzeru izgrieztu ūdeni apstrādāto mikrofluidisko mikroshēmu kā miniaturizētu reakcijas platformu, lai realizētu ķīmisko sintēzi. Piemēram, vara-amonjaka kompleksēšana un aminoskābju sintēze ar hidratētu ninhidrīnu. Pamatojoties uz "lāzera griešanas ūdens" apstrādāto mikrofluidisko mikroshēmu gaismas caurlaidību, komanda izstrādāja tos kā mikroreaktorus bioķīmisko sensoru un kolorimetriskās noteikšanas platformām tādu biomarķieru kā metāla jonu, olbaltumvielu, urīnvielas un nukleīnskābju noteikšanai. Visbeidzot, apstrādātās mikrofluidiskās mikroshēmas tika izmantotas kā rakstainas veidnes šķidro metālu elektrokinētiskām manipulācijām un rakstainu hidrogēlu sintēzei, kā arī kā zāļu gradienta atšķaidīšanas un šūnu kultūras platformas.
Veicot pētījumu, komanda inovatīvi ierosināja metodi ūdens apstrādei ar lāzergriešanu, kas atrisina uzdevumu precīzi apstrādāt ūdeni, piesaistot ūdens plūsmu. Mikrofluidiskās mikroshēmas, kas sagatavotas, griežot ūdeni ar lāzeru, parāda pielietojuma potenciālu daudzās jomās, tostarp ķīmijā, veselībā, materiālu zinātnē un biomedicīnā.
