“抽刀断水”从古人诗句成为现实 高校科研团队联手驾驭激光这把“刀” 将水切出图案
转自：西安晚报
水是人们赖以生存的自然资源，应用于众多领域。近些年，微量水的图案化和流动控制，在材料科学、化学、生物医学等领域引起广泛关注。
“抽刀断水水更流”？不，是“激光切水出图案”！9月1日，记者获悉，西安交通大学和西北工业大学科研团队合作提出“激光切水”的新技术，并实现了这一想法，为“水”的应用提供了新的思路。
驾驭激光这把“刀” 实现“抽刀断水”
如何驯服水并为人们所用，自古以来就是一门学问。切割水，在人们眼中是一件不可思议的事情，正如唐代诗人李白的“抽刀断水水更流，举杯消愁愁更愁。”诗中反映的，水作为一种无序性的流体，难以通过传统方法进行塑性和切割。
当下，控制微量水形貌和流动的主要手段是预先加工固体通道，但由于水的无序性和流动性，精准加工水仍存在挑战。激光切割作为一种利用光热效应加工固体材料的技术，可否实现水的切割和加工呢？
基于以上想法，西安交通大学生命科学与技术学院李菲教授课题组与西北工业大学物理学院李晓光副教授课题组合作，驾驭被称为“最快的刀”——激光，采用激光加工技术，通过调节水的流动性和表面张力特性实现了“激光切水”的想法，将“光刀断水”变成了现实。
该团队首先用疏水性的二氧化硅纳米颗粒包覆在水的表面构建了厚度为亚毫米级的“水饼”，随后用激光对该“水饼”实施切割，成功实现了“激光切水”的构想，并制造出了多种“水图案”。
追溯“水饼”能被切割的原因
为什么激光能神奇地切开水呢？团队科研人员向记者介绍，“水饼”可被激光切割的原因主要有两个：第一，“水饼”表面的二氧化硅纳米颗粒对波长为10.6微米的红外激光具有较强吸收，经过激光照射，二氧化硅纳米颗粒吸收激光能量将其转换为热量用于水的汽化；第二，当局部的水被汽化后，水的流动会带动表面的二氧化硅纳米颗粒进一步将暴露的水面覆盖，进而阻止了水的“愈合”过程。
李菲介绍，团队还通过实验探究了水的体积对“水饼”面积，“水饼”厚度对切割可行性及“水饼”厚度、激光扫描速度对加工精度等影响，得到了优化后的“激光切水”实验参数。之后，应用激光切割机成功加工出包括十字交叉通道、分散型通道等常用的微流控芯片，证实了“激光切水”加工复杂微流控结构的能力，并确定激光切水加工的微流控芯片最小可达350微米。
创新性解决“精确加工水”的难题
流体操控是微流控芯片和液滴的主要应用之一。该团队应用“激光切水”加工的微流控芯片和液滴进行了相关液体操控，证实了制备的自支撑微流控芯片和液滴的液体操控功能。
在研究过程中，基于“激光切水”加工的微流控芯片的开放性，该团队应用激光切水加工的微流控芯片作为小型化的反应平台实现了化学合成。例如，铜氨络合反应和氨基酸与水合茚三酮合成反应。基于“激光切水”加工的微流控芯片的透光性，团队将其开发为生化传感的微反应器和比色检测平台，用于金属离子、蛋白质、尿素和核酸等生物标志物的检测。最后，将加工的微流控芯片作为图案化的模具，实现了液态金属的电动操控和图案化水凝胶的合成，并作为药物梯度稀释和细胞培养平台。
通过研究，该团队创新性地提出了一种通过激光切割加工水的策略，通过束缚水的流动解决了精确加工水的难题。通过激光切割水制备的微流控芯片在化学、健康、材料科学和生物医学等众多应用领域展示出应用潜力。
编辑：呼乐乐