تعتبر المياه مورداً طبيعياً تعتمد عليه البشرية وتستخدم في العديد من المجالات. في السنوات الأخيرة، اجتذب تصميم كميات ضئيلة من المياه والتحكم في تدفقها اهتمامًا واسع النطاق في مجالات علوم المواد والكيمياء والطب الحيوي.
"قطع الماء بالسكين"؟ 1 سبتمبر، أبلغ المراسل أن جامعة شيان جياوتونغ وفريق البحث في جامعة نورث وسترن للفنون التطبيقية تعاونا لطرح التكنولوجيا الجديدة "قطع المياه بالليزر"، وتحقيق هذه الفكرة، من أجل "المياه! "تطبيق المياه يقدم فكرة جديدة.
قطع بالليزر "كعكة الماء" مصنوعة من أنماط مختلفة.
تحقيق قطع ومعالجة المياه بالليزر
لقد كانت كيفية "ترويض" الماء واستخدامه موضوعًا للدراسة منذ العصور القديمة. إن قطع الماء، في عيون الناس أمر لا يصدق، كما في قصيدة الشاعر الشهيرة لي باي في عهد أسرة تانغ: "ارسم سكينًا لقطع المزيد من الماء، ارفع كوبًا لتبديد الحزن أكثر حزنًا". كما يتجلى في أن الماء، باعتباره سائلًا مضطربًا، يصعب تلدينه وتقطيعه بالطرق التقليدية.
في الوقت الحاضر، الوسيلة الرئيسية للتحكم في شكل وتدفق المياه النزرة هي المعالجة المسبقة للقنوات الصلبة. ومع ذلك، نظرًا لطبيعة المياه المضطربة وسيولتها، فإن المعالجة الدقيقة للمياه لا تزال تمثل تحديًا. هل يمكن للقطع بالليزر، كتقنية تستخدم التأثير الحراري الضوئي لمعالجة المواد الصلبة، أن يتيح قطع المياه ومعالجتها؟
بناءً على الفكرة المذكورة أعلاه، تعاونت مجموعة البروفيسور لي فاي في كلية علوم الحياة والتكنولوجيا بجامعة شيان جياوتونغ ومجموعة البروفيسور المشارك لي شياو قوانغ في كلية الفيزياء بجامعة نورث وسترن للفنون التطبيقية لتسخير الليزر، وهو يُعرف باسم "السكين الأسرع"، ويعتمد تقنية المعالجة بالليزر من خلال تنظيم خصائص السيولة والتوتر السطحي للمياه. وباستخدام تكنولوجيا المعالجة بالليزر، أدرك الفريق فكرة "قطع الماء بالليزر" عن طريق ضبط خصائص السيولة والتوتر السطحي للماء، مما أدى إلى تحويل "قطع الماء بالسكين" إلى حقيقة.
استخدم الفريق أولاً جزيئات السيليكا النانوية الكارهة للماء لتغطية سطح الماء، وبناء "كعكة مائية" بسمك أقل من ملليمتر، ثم قطع "كعكة الماء" بالليزر، ونجح في تحقيق فكرة "القطع المائي بالليزر" و" قطع المياه بالليزر". تم تحقيق فكرة "قطع الماء بالليزر" بنجاح، وتم إنشاء مجموعة متنوعة من "الأنماط".
تتبع سبب إمكانية قطع "كعكة الماء".
لماذا يستطيع الليزر قطع الماء بطريقة سحرية؟ توصل فريق الباحثين إلى أن "الكعكة المائية" يمكن قطعها بالليزر لسببين رئيسيين: الأول، أن سطح "الكعكة المائية" من جسيمات السيليكا النانوية على الطول الموجي 10.6 ميكرون من الأشعة تحت الحمراء بالليزر يتمتع بامتصاص قوي، بعد تشعيع الليزر بجسيمات السيليكا النانوية. بعد التشعيع بالليزر، تمتص جسيمات السيليكا النانوية طاقة الليزر المحولة إلى حرارة لتبخير الماء؛ ثانيًا، عندما يتبخر الماء المحلي، فإن تدفق الماء سيدفع سطح جسيمات السيليكا النانوية لتغطية سطح الماء المكشوف بشكل أكبر، وبالتالي منع عملية "شفاء" الماء.
مقدمة Li Fei، استكشف الفريق أيضًا حجم الماء من خلال التجارب على منطقة "كعكة الماء"، وسمك "كعكة الماء" حول جدوى القطع وسمك "كعكة الماء"، وسرعة المسح بالليزر على دقة المعالجة، المعلمات التجريبية المحسنة لـ تم الحصول على "قطع المياه بالليزر". بعد ذلك، تم تطبيق قاطع الليزر لمعالجة رقائق الموائع الدقيقة شائعة الاستخدام بنجاح، بما في ذلك القنوات المتقاطعة والقنوات المشتتة، مما يؤكد قدرة "القطع المائي بالليزر" على معالجة هياكل الموائع الدقيقة المعقدة، وتحديد أن رقائق الموائع الدقيقة تتم معالجتها عن طريق "القطع المائي بالليزر" يمكن أن يصل إلى 350 ميكرومتر كحد أدنى. لقد تم تحديد أن أصغر شريحة ميكروفلويديك تتم معالجتها بواسطة "القطع المائي بالليزر" يمكن أن يصل حجمها إلى 350 ميكرومتر.
يمكن تطبيق رقائق الموائع الدقيقة المحضرة بواسطة "تقطيع الماء بالليزر" في العديد من المجالات.
يعد التعامل مع السوائل أحد التطبيقات الرئيسية لرقائق وقطرات الموائع الدقيقة. قام الفريق بتطبيق رقائق وقطرات الموائع الدقيقة التي تمت معالجتها بواسطة "تقطيع الماء بالليزر" لمعالجة السوائل ذات الصلة، وأكدوا وظيفة معالجة السوائل لرقائق وقطرات الموائع الدقيقة المجهزة والمدعومة ذاتيًا.
في سياق البحث، استنادًا إلى انفتاح شريحة الموائع الدقيقة المعالجة بـ "الماء المقطوع بالليزر"، قام الفريق بتطبيق شريحة الموائع الدقيقة المعالجة بـ "المياه المقطوعة بالليزر" كمنصة تفاعل مصغرة لتحقيق التخليق الكيميائي. على سبيل المثال، تركيب النحاس والأمونيا وتوليف الأحماض الأمينية مع النينهيدرين المائي. استنادًا إلى نفاذية الضوء لرقائق الموائع الدقيقة المعالجة بـ "المياه المقطوعة بالليزر"، قام الفريق بتطويرها كمفاعلات دقيقة للاستشعار الكيميائي الحيوي ومنصات الكشف اللونية للكشف عن المؤشرات الحيوية مثل أيونات المعادن والبروتينات واليوريا والأحماض النووية. أخيرًا، تم استخدام رقائق الموائع الدقيقة المعالجة كقوالب منقوشة للتلاعب الحركي الكهربي للمعادن السائلة وتوليف الهلاميات المائية المنقوشة، ولتخفيف تدرج الدواء ومنصات زراعة الخلايا.
ومن خلال البحث، اقترح الفريق بشكل مبتكر تقنية لمعالجة المياه عن طريق القطع بالليزر، والتي تحل التحدي المتمثل في معالجة المياه بدقة عن طريق ربط تدفق المياه. تُظهِر رقائق الموائع الدقيقة المحضرة بقطع الماء بالليزر إمكانية استخدامها في مجموعة واسعة من المجالات، بما في ذلك الكيمياء والصحة وعلوم المواد والطب الحيوي.
