L’acqua è una risorsa naturale da cui dipende l’umanità e viene utilizzata in molti campi. Negli ultimi anni, la modellazione e il controllo del flusso di tracce d’acqua hanno attirato l’attenzione diffusa nei campi della scienza dei materiali, della chimica e della biomedicina.
"Tagliare l'acqua con un coltello"? Il 1 settembre, il giornalista è stato informato che il gruppo di ricerca dell'Università di Xi'an Jiaotong e del Politecnico della Northwestern ha collaborato per proporre la nuova tecnologia "acqua tagliata al laser" e la realizzazione di questa idea, per "l'acqua! "L'applicazione dell'acqua fornisce una nuova idea.
Taglio laser "torta all'acqua" realizzata in varie fantasie.
Realizzazione di taglio e lavorazione dell'acqua tramite laser
Come “domare” l'acqua e utilizzarla è oggetto di studio fin dall'antichità. Tagliare l'acqua, agli occhi della gente, è una cosa incredibile, come la famosa poesia del poeta della dinastia Tang Li Bai: "Disegnare un coltello per tagliare dall'acqua più acqua, sollevare una tazza per dissipare la tristezza più triste". Come si vede, l'acqua, in quanto fluido disordinato, è difficile da plastificare e tagliare con metodi tradizionali.
Al giorno d'oggi, il mezzo principale per controllare la morfologia e il flusso delle acque in traccia è il pretrattamento dei canali solidi. Tuttavia, a causa della natura disordinata e della fluidità dell’acqua, la lavorazione precisa dell’acqua è ancora impegnativa. Il taglio laser, come tecnologia che utilizza l’effetto fototermico per lavorare materiali solidi, può consentire il taglio e la lavorazione dell’acqua?
Sulla base dell'idea di cui sopra, il gruppo del Prof. Li Fei presso la Scuola di Scienze della Vita e Tecnologia dell'Università di Xi'an Jiaotong e il gruppo del Prof. Associato Li Xiaoguang presso la Scuola di Fisica della Northwestern Polytechnical University hanno collaborato per sfruttare il laser, che è noto come il "coltello più veloce" e adotta la tecnologia di lavorazione laser regolando le proprietà di fluidità e tensione superficiale dell'acqua. Utilizzando la tecnologia di elaborazione laser, il team ha realizzato l'idea del "taglio laser dell'acqua" regolando le proprietà di fluidità e tensione superficiale dell'acqua, trasformando il "taglio dell'acqua con un coltello" in una realtà.
Il team ha prima utilizzato nanoparticelle di silice idrofobica per rivestire la superficie dell'acqua, costruendo una "torta d'acqua" con uno spessore submillimetrico, quindi ha tagliato la "torta d'acqua" con un laser, realizzando con successo l'idea del "taglio laser dell'acqua" e " taglio laser ad acqua". L'idea del "taglio laser dell'acqua" è stata realizzata con successo e sono stati creati una varietà di "modelli".
Traccia il motivo per cui la "torta d'acqua" può essere tagliata
Perché il laser può magicamente tagliare l'acqua? Ricercatori del team, la "torta d'acqua" può essere tagliata dal laser per due ragioni principali: in primo luogo, la superficie della "torta d'acqua" delle nanoparticelle di silice sulla lunghezza d'onda di 10,6 micron del laser a infrarossi ha un forte assorbimento, dopo l'irradiazione laser, le nanoparticelle di silice Dopo l'irradiazione laser, le nanoparticelle di silice assorbono l'energia laser convertita in calore per la vaporizzazione dell'acqua; in secondo luogo, quando l'acqua locale viene vaporizzata, il flusso d'acqua spingerà la superficie delle nanoparticelle di silice a coprire ulteriormente la superficie dell'acqua esposta, impedendo così il processo di "guarigione" dell'acqua.
Introduzione di Li Fei, il team ha anche esplorato il volume dell'acqua attraverso esperimenti sull'area del "torta d'acqua", lo spessore del "torta d'acqua" sulla fattibilità del taglio e lo spessore del "torta d'acqua", la velocità di scansione laser sulla precisione della lavorazione I parametri sperimentali ottimizzati di sono stati ottenuti il "taglio laser ad acqua". Successivamente, il laser cutter è stato applicato per elaborare con successo i chip microfluidici comunemente utilizzati, inclusi canali incrociati e canali dispersi, confermando la capacità del "taglio laser ad acqua" di elaborare strutture microfluidiche complesse e determinando che i chip microfluidici elaborati mediante "taglio laser ad acqua" può raggiungere almeno 350 micrometri. È stato stabilito che il più piccolo chip microfluidico lavorato mediante il "taglio laser ad acqua" può essere di 350 micrometri.
I chip microfluidici preparati mediante "laser water-slicing" possono essere applicati in molti campi.
La manipolazione dei fluidi è una delle principali applicazioni di chip e goccioline microfluidiche. Il team ha applicato i chip e le goccioline microfluidici elaborati mediante "affettatura laser dell'acqua" per la manipolazione dei fluidi rilevante e ha confermato la funzione di manipolazione dei fluidi dei chip e delle goccioline microfluidici autosupportati preparati.
Nel corso della ricerca, basata sull'apertura del chip microfluidico trattato con "acqua tagliata al laser", il team ha applicato il chip microfluidico trattato con "acqua tagliata al laser" come piattaforma di reazione miniaturizzata per realizzare la sintesi chimica. Ad esempio, la complessazione rame-ammoniaca e la sintesi di amminoacidi con ninidrina idrata. Basandosi sulla trasmittanza della luce dei chip microfluidici trattati con "acqua tagliata al laser", il team li ha sviluppati come microreattori per piattaforme di rilevamento biochimico e rilevamento colorimetrico per il rilevamento di biomarcatori come ioni metallici, proteine, urea e acidi nucleici. Infine, i chip microfluidici lavorati sono stati utilizzati come stampi modellati per la manipolazione elettrocinetica di metalli liquidi e la sintesi di idrogel modellati, nonché come piattaforme di diluizione del gradiente di farmaci e di coltura cellulare.
Attraverso la ricerca, il team ha proposto in modo innovativo una tecnica per la lavorazione dell’acqua mediante taglio laser, che risolve la sfida di trattare con precisione l’acqua legando il flusso d’acqua. I chip microfluidici preparati mediante taglio laser dell’acqua mostrano potenzialità di applicazioni in un’ampia gamma di campi, tra cui chimica, salute, scienza dei materiali e biomedicina.
