L’eau est une ressource naturelle dont dépend l’humanité et est utilisée dans de nombreux domaines. Ces dernières années, la modélisation et le contrôle du débit de quantités infimes d’eau ont attiré une grande attention dans les domaines de la science des matériaux, de la chimie et de la biomédecine.
« Couper l'eau avec un couteau » ? Le 1er septembre, le journaliste a été informé que l'équipe de recherche de l'Université Jiaotong de Xi'an et de l'Université polytechnique du Nord-Ouest avait collaboré pour proposer la nouvelle technologie « eau découpée au laser » et la réalisation de cette idée, pour « l'eau ! » L'application de l'eau apporte une idée nouvelle.
Découpe laser "gâteau d'eau" composé de motifs variés.
Réalisation de découpe et traitement de l'eau par laser
Comment « apprivoiser » l’eau et l’utiliser est un sujet d’étude depuis l’Antiquité. Aux yeux des gens, couper l'eau est une chose incroyable, comme le célèbre poème du poète de la dynastie Tang, Li Bai : « Dégainer un couteau pour couper plus d'eau, lever une tasse pour dissiper la tristesse la plus triste. » Comme le montre l’eau, en tant que fluide désordonné, il est difficile de la plastifier et de la couper par les méthodes traditionnelles.
De nos jours, le principal moyen de contrôler la morphologie et le débit des eaux traces consiste à prétraiter les canaux solides. Cependant, en raison de la nature désordonnée et de la fluidité de l’eau, son usinage précis reste un défi. La découpe laser, en tant que technologie utilisant l'effet photothermique pour traiter des matériaux solides, peut-elle permettre la découpe et le traitement de l'eau ?
Sur la base de l'idée ci-dessus, le groupe du professeur Li Fei de l'École des sciences et technologies de la vie de l'Université Jiaotong de Xi'an et le groupe du professeur associé Li Xiaoguang de l'École de physique de l'Université polytechnique du Nord-Ouest ont collaboré pour exploiter le laser, qui est Connu comme le « couteau le plus rapide », et adopte la technologie de traitement laser en régulant les propriétés de fluidité et de tension superficielle de l'eau. Grâce à la technologie de traitement au laser, l'équipe a concrétisé l'idée de « couper l'eau au laser » en ajustant les propriétés de fluidité et de tension superficielle de l'eau, transformant ainsi la « coupe de l'eau avec un couteau » en réalité.
L'équipe a d'abord utilisé des nanoparticules de silice hydrophobes pour recouvrir la surface de l'eau, construisant un « gâteau d'eau » d'une épaisseur submillimétrique, puis a découpé le « gâteau d'eau » avec un laser, réalisant avec succès l'idée de « découpe d'eau au laser » et « découpe à l'eau au laser". L'idée de « l'eau découpée au laser » a été réalisée avec succès et une variété de « motifs » ont été créés.
Découvrez la raison pour laquelle le « gâteau d'eau » peut être coupé
Pourquoi le laser peut-il couper l'eau comme par magie ? Chercheurs de l'équipe, le « gâteau d'eau » peut être découpé par le laser pour deux raisons principales : Premièrement, la surface du « gâteau d'eau » des nanoparticules de silice sur la longueur d'onde de 10,6 microns du laser infrarouge a une forte absorption, après irradiation laser, les nanoparticules de silice Après irradiation laser, les nanoparticules de silice absorbent l'énergie laser convertie en chaleur pour la vaporisation de l'eau ; Deuxièmement, lorsque l'eau locale est vaporisée, le flux d'eau entraînera la surface des nanoparticules de silice à recouvrir davantage la surface de l'eau exposée, empêchant ainsi le processus de « guérison » de l'eau.
Introduction de Li Fei, l'équipe a également exploré le volume d'eau à travers des expériences sur la zone du « gâteau d'eau », l'épaisseur du « gâteau d'eau » sur la faisabilité de la découpe et l'épaisseur du « gâteau d'eau », la vitesse de balayage laser sur la précision du traitement. Les paramètres expérimentaux optimisés de Des "découpes à l'eau au laser" ont été obtenues. Par la suite, le découpeur laser a été appliqué pour traiter avec succès des puces microfluidiques couramment utilisées, y compris des canaux transversaux et des canaux dispersés, confirmant la capacité de la « découpe laser à l'eau » à traiter des structures microfluidiques complexes et déterminant que les puces microfluidiques traitées par « découpe laser à l'eau » peut atteindre 350 micromètres au minimum. Il a été déterminé que la plus petite puce microfluidique traitée par « découpe laser à l'eau » peut mesurer 350 micromètres.
Les puces microfluidiques préparées par « laser water-slicing » peuvent être appliquées dans de nombreux domaines.
La manipulation des fluides est l’une des principales applications des puces et gouttelettes microfluidiques. L'équipe a appliqué les puces et gouttelettes microfluidiques traitées par « tranchage d'eau au laser » pour une manipulation de fluide pertinente, et a confirmé la fonction de manipulation de fluide des puces et gouttelettes microfluidiques auto-supportées préparées.
Au cours de la recherche, basée sur l'ouverture de la puce microfluidique traitée par « eau découpée au laser », l'équipe a appliqué la puce microfluidique traitée par « eau découpée au laser » comme plate-forme de réaction miniaturisée pour réaliser la synthèse chimique. Par exemple, complexation cuivre-ammoniac et synthèse d’acides aminés avec de la ninhydrine hydratée. Sur la base de la transmission de la lumière des puces microfluidiques traitées par « eau découpée au laser », l'équipe les a développées en tant que microréacteurs pour la détection biochimique et les plates-formes de détection colorimétrique pour la détection de biomarqueurs tels que les ions métalliques, les protéines, l'urée et les acides nucléiques. Enfin, les puces microfluidiques traitées ont été utilisées comme moules à motifs pour la manipulation électrocinétique de métaux liquides et la synthèse d'hydrogels à motifs, ainsi que comme plates-formes de dilution par gradient de médicaments et de culture cellulaire.
Grâce à la recherche, l'équipe a proposé de manière innovante une technique de traitement de l'eau par découpe laser, qui résout le défi du traitement précis de l'eau en liant le flux d'eau. Les puces microfluidiques préparées par découpe laser de l'eau présentent un potentiel d'application dans un large éventail de domaines, notamment la chimie, la santé, la science des matériaux et la biomédecine.
