水是人類賴以生存的自然資源，應用於(yu) 眾(zhong) 多領域。近些年，微量水的圖案化和流動控製，在材料科學、化學、生物醫學等領域引起廣泛關(guan) 注。

“抽刀斷水水更流”？不，是“激光切水出圖案”！9月1日記者獲悉，西安交通大學和西北工業(ye) 大學科研團隊合作提出“激光切水”的新技術，並實現了這一想法，為(wei) “水”的應用提供了新的思路。

激光切割“水餅”製造的各種圖案。

用激光實現對水的切割和加工

如何“馴服”水並為(wei) 人們(men) 所用，自古以來就是一門學問。切割水，在人們(men) 眼中是一件不可思議的事情，正如唐代詩人李白的著名詩句：“抽刀斷水水更流，舉(ju) 杯消愁愁更愁。”中反映的，水作為(wei) 一種無序性的流體(ti) ，難以通過傳(chuan) 統方法進行塑性和切割。

當下，控製微量水形貌和流動的主要手段是預先加工固體(ti) 通道。但由於(yu) 水的無序性和流動性，精準加工水仍存在挑戰。激光切割作為(wei) 一種利用光熱效應加工固體(ti) 材料的技術，可否實現水的切割和加工呢？

基於(yu) 以上想法，西安交通大學生命科學與(yu) 技術學院李菲教授課題組與(yu) 西北工業(ye) 大學物理學院李曉光副教授課題組合作，駕馭被稱為(wei) “最快的刀”——激光，采用激光加工技術，通過調節水的流動性和表麵張力特性，實現了“激光切水”的想法，將“抽刀斷水”變成了現實。

該團隊首先用疏水性的二氧化矽納米顆粒包覆在水的表麵，構建了厚度為(wei) 亞(ya) 毫米級的“水餅”，隨後用激光對該“水餅”實施切割，成功實現了“激光切水”的構想，並製造出了多種“圖案”。

追溯“水餅”能被切割的原因

為(wei) 什麽(me) 激光能神奇地切開水呢？團隊科研人員介紹，“水餅”可被激光切割的原因主要有兩(liang) 個(ge) ：第一，“水餅”表麵的二氧化矽納米顆粒對波長為(wei) 10.6微米的紅外激光具有較強吸收，經過激光照射，二氧化矽納米顆粒吸收激光能量將其轉換為(wei) 熱量用於(yu) 水的汽化；第二，當局部的水被汽化後，水的流動會(hui) 帶動表麵的二氧化矽納米顆粒進一步將暴露的水麵覆蓋，進而阻止了水的“愈合”過程。

李菲介紹，團隊還通過實驗探究了水的體(ti) 積對“水餅”麵積，“水餅”厚度對切割可行性及“水餅”厚度、激光掃描速度對加工精度等影響，得到了優(you) 化後的“激光切水”實驗參數。隨後，應用激光切割機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，證實了“激光切水”加工複雜微流控結構的能力，並確定“激光切水”加工的微流控芯片最小可達350 微米。

“激光切水”製備的微流控芯片可應用在眾(zhong) 多領域

流體(ti) 操控是微流控芯片和液滴的主要應用之一。該團隊應用“激光切水”加工的微流控芯片和液滴進行了相關(guan) 液體(ti) 操控，證實了製備的自支撐微流控芯片和液滴的液體(ti) 操控功能。

在研究過程中，基於(yu) “激光切水”加工的微流控芯片的開放性，該團隊應用“激光切水”加工的微流控芯片作為(wei) 小型化的反應平台實現了化學合成。例如，銅氨絡合反應和氨基酸與(yu) 水合茚三酮合成反應。基於(yu) “激光切水”加工的微流控芯片的透光性，團隊將其開發為(wei) 生化傳(chuan) 感的微反應器和比色檢測平台，用於(yu) 金屬離子、蛋白質、尿素和核酸等生物標誌物的檢測。最後，將加工的微流控芯片作為(wei) 圖案化的模具，實現了液態金屬的電動操控和圖案化水凝膠的合成，並作為(wei) 藥物梯度稀釋和細胞培養(yang) 平台。

通過研究，該團隊創新性地提出了一種通過激光切割加工水的技術，通過束縛水的流動解決(jue) 了精確加工水的難題。通過激光切割水製備的微流控芯片在化學、健康、材料科學和生物醫學等眾(zhong) 多領域展示出應用潛力。