水是人類賴以生存的自然資源，應用于眾多領域。近些年，微量水的圖案化和流動控制，在材料科學、化學、生物醫(yī)學等領域引起廣泛關注。

“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(yè)大學科研團隊合作提出“激光切水”的新技術，并實現(xiàn)了這一想法，為 “水”的應用提供了新的思路。

激光切割“水餅”制造的各種圖案。

用激光實現(xiàn)對水的切割和加工

如何“馴服”水并為人們所用，自古以來就是一門學問。切割水，在人們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，舉杯消愁愁更愁?！敝蟹从车模鳛橐环N無序性的流體，難以通過傳統(tǒng)方法進行塑性和切割。

當下，控制微量水形貌和流動的主要手段是預先加工固體通道。但由于水的無序性和流動性，精準加工水仍存在挑戰(zhàn)。激光切割作為一種利用光熱效應加工固體材料的技術，可否實現(xiàn)水的切割和加工呢？

基于以上想法，西安交通大學生命科學與技術學院李菲教授課題組與西北工業(yè)大學物理學院李曉光副教授課題組合作，駕馭被稱為“最快的刀”——激光，采用激光加工技術，通過調節(jié)水的流動性和表面張力特性，實現(xiàn)了“激光切水”的想法，將“抽刀斷水”變成了現(xiàn)實。

該團隊首先用疏水性的二氧化硅納米顆粒包覆在水的表面，構建了厚度為亞毫米級的“水餅”，隨后用激光對該“水餅”實施切割，成功實現(xiàn)了“激光切水”的構想，并制造出了多種“圖案”。

追溯“水餅”能被切割的原因

為什么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個：第一，“水餅”表面的二氧化硅納米顆粒對波長為10.6微米的紅外激光具有較強吸收，經(jīng)過激光照射，二氧化硅納米顆粒吸收激光能量將其轉換為熱量用于水的汽化；第二，當局部的水被汽化后，水的流動會帶動表面的二氧化硅納米顆粒進一步將暴露的水面覆蓋，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積對“水餅”面積，“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(yōu)化后的“激光切水”實驗參數(shù)。隨后，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”加工復雜微流控結構的能力，并確定“激光切水”加工的微流控芯片最小可達350 微米。

“激光切水”制備的微流控芯片可應用在眾多領域

流體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液體操控，證實了制備的自支撐微流控芯片和液滴的液體操控功能。

在研究過程中，基于“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小型化的反應平臺實現(xiàn)了化學合成。例如，銅氨絡合反應和氨基酸與水合茚三酮合成反應?；凇凹す馇兴奔庸さ奈⒘骺匦酒耐腹庑?，團隊將其開發(fā)為生化傳感的微反應器和比色檢測平臺，用于金屬離子、蛋白質、尿素和核酸等生物標志物的檢測。最后，將加工的微流控芯片作為圖案化的模具，實現(xiàn)了液態(tài)金屬的電動操控和圖案化水凝膠的合成，并作為藥物梯度稀釋和細胞培養(yǎng)平臺。

通過研究，該團隊創(chuàng)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了精確加工水的難題。通過激光切割水制備的微流控芯片在化學、健康、材料科學和生物醫(yī)學等眾多領域展示出應用潛力。