जल एक प्राकृतिक संसाधन है जिस पर मानव जाति निर्भर है और इसका उपयोग कई क्षेत्रों में किया जाता है। हाल के वर्षों में, पानी की थोड़ी मात्रा के पैटर्निंग और प्रवाह नियंत्रण ने सामग्री विज्ञान, रसायन विज्ञान और बायोमेडिसिन के क्षेत्र में व्यापक ध्यान आकर्षित किया है।
"चाकू से पानी काटना"? 1 सितंबर को, रिपोर्टर को सूचित किया गया कि शीआन जियाओतोंग विश्वविद्यालय और नॉर्थवेस्टर्न पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी अनुसंधान टीम ने "लेजर कट वॉटर" नई तकनीक को आगे बढ़ाने और इस विचार को साकार करने के लिए सहयोग किया, "पानी के लिए!" एक नया विचार प्रदान करता है.
विभिन्न पैटर्न से बना लेजर कटिंग "वॉटर केक"।
लेज़र द्वारा जल की कटाई एवं प्रसंस्करण का एहसास
पानी को कैसे "वश में" किया जाए और उसे उपयोग में कैसे लाया जाए, यह प्राचीन काल से ही अध्ययन का विषय रहा है। लोगों की नज़र में पानी काटना एक अविश्वसनीय बात है, जैसा कि तांग राजवंश के कवि ली बाई की प्रसिद्ध कविता है: "पानी को और अधिक पानी काटने के लिए चाकू खींचो, उदासी को दूर करने के लिए और अधिक उदासी को दूर करने के लिए एक कप उठाओ।" जैसा कि परिलक्षित होता है, पानी, विकार युक्त तरल पदार्थ के रूप में, पारंपरिक तरीकों से प्लास्टिक बनाना और काटना मुश्किल है।
आजकल, ट्रेस पानी की आकृति विज्ञान और प्रवाह को नियंत्रित करने का मुख्य साधन ठोस चैनलों को पूर्व-संसाधित करना है। हालाँकि, पानी की अव्यवस्थित प्रकृति और तरलता के कारण, पानी की सटीक मशीनिंग अभी भी चुनौतीपूर्ण है। क्या लेजर कटिंग, एक ऐसी तकनीक के रूप में जो ठोस पदार्थों को संसाधित करने के लिए फोटोथर्मल प्रभाव का उपयोग करती है, पानी की कटाई और प्रसंस्करण को सक्षम कर सकती है?
उपरोक्त विचार के आधार पर, शीआन जियाओतोंग विश्वविद्यालय के स्कूल ऑफ लाइफ साइंसेज एंड टेक्नोलॉजी में प्रोफेसर ली फी के समूह और नॉर्थवेस्टर्न पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी के स्कूल ऑफ फिजिक्स में एसोसिएट प्रोफेसर ली जियाओगुआंग के समूह ने लेजर का उपयोग करने के लिए सहयोग किया है, जो है "सबसे तेज़ चाकू" के रूप में जाना जाता है, और पानी की तरलता और सतह तनाव गुणों को विनियमित करके लेजर प्रसंस्करण तकनीक को अपनाता है। लेजर प्रसंस्करण तकनीक का उपयोग करते हुए, टीम ने पानी की तरलता और सतह तनाव गुणों को समायोजित करके "लेजर कटिंग वॉटर" के विचार को साकार किया, जिससे "चाकू से पानी काटना" वास्तविकता में बदल गया।
टीम ने पहले पानी की सतह को कोट करने के लिए हाइड्रोफोबिक सिलिका नैनोकणों का उपयोग किया, सबमिलीमीटर की मोटाई के साथ एक "वॉटर केक" का निर्माण किया, और फिर "वॉटर केक" को लेजर से काटा, जिससे "लेजर वॉटर कटिंग" और "के विचार को सफलतापूर्वक साकार किया गया।" लेजर वॉटर कटिंग"। "लेजर कटिंग वॉटर" के विचार को सफलतापूर्वक साकार किया गया, और विभिन्न प्रकार के "पैटर्न" बनाए गए।
कारण का पता लगाएं कि "वॉटर केक" क्यों काटा जा सकता है
लेज़र जादुई तरीके से पानी को क्यों काट सकता है? टीम के शोधकर्ताओं, "वॉटर केक" को लेजर द्वारा दो मुख्य कारणों से काटा जा सकता है: सबसे पहले, इन्फ्रारेड लेजर के 10.6 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य पर सिलिका नैनोकणों की "वॉटर केक" सतह में मजबूत अवशोषण होता है, लेजर विकिरण के बाद, सिलिका नैनोकणों लेजर विकिरण के बाद, सिलिका नैनोकण जल वाष्पीकरण के लिए गर्मी में परिवर्तित लेजर ऊर्जा को अवशोषित करते हैं; दूसरा, जब स्थानीय पानी वाष्पीकृत हो जाता है, तो पानी का प्रवाह सिलिका नैनोकणों की सतह को उजागर पानी की सतह को ढकने के लिए प्रेरित करेगा, जिससे पानी की "उपचार" प्रक्रिया को रोका जा सकेगा।
ली फी परिचय, टीम ने "वॉटर केक" क्षेत्र पर प्रयोगों के माध्यम से पानी की मात्रा का भी पता लगाया, काटने की व्यवहार्यता पर "वॉटर केक" मोटाई और प्रसंस्करण सटीकता पर लेजर स्कैनिंग गति, अनुकूलित प्रयोगात्मक पैरामीटर "लेजर वॉटर कटिंग" प्राप्त की गई। इसके बाद, लेजर कटर को आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स को सफलतापूर्वक संसाधित करने के लिए लागू किया गया था, जिसमें क्रॉस चैनल और बिखरे हुए चैनल शामिल थे, जटिल माइक्रोफ्लुइडिक संरचनाओं को संसाधित करने के लिए "लेजर वॉटर कटिंग" की क्षमता की पुष्टि की गई थी, और यह निर्धारित किया गया था कि माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स "लेजर वॉटर कटिंग" द्वारा संसाधित किए गए थे। न्यूनतम 350 माइक्रोमीटर तक पहुँच सकता है। यह निर्धारित किया गया है कि "लेजर वॉटर कटिंग" द्वारा संसाधित सबसे छोटी माइक्रोफ्लुइडिक चिप 350 माइक्रोमीटर हो सकती है।
"लेजर वॉटर-स्लाइसिंग" द्वारा तैयार माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स को कई क्षेत्रों में लागू किया जा सकता है।
द्रव हेरफेर माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स और बूंदों के मुख्य अनुप्रयोगों में से एक है। टीम ने प्रासंगिक द्रव हेरफेर के लिए "लेजर वॉटर स्लाइसिंग" द्वारा संसाधित माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स और बूंदों को लागू किया, और तैयार स्व-समर्थित माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स और बूंदों के द्रव हेरफेर फ़ंक्शन की पुष्टि की।
अनुसंधान के दौरान, "लेजर-कट वॉटर" संसाधित माइक्रोफ्लुइडिक चिप के खुलेपन के आधार पर, टीम ने रासायनिक संश्लेषण को साकार करने के लिए "लेजर-कट वॉटर" संसाधित माइक्रोफ्लुइडिक चिप को एक लघु प्रतिक्रिया मंच के रूप में लागू किया। उदाहरण के लिए, कॉपर-अमोनिया संयोजन और हाइड्रेटेड निनहाइड्रिन के साथ अमीनो एसिड का संश्लेषण। "लेजर-कट वॉटर" संसाधित माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स के प्रकाश संप्रेषण के आधार पर, टीम ने उन्हें धातु आयनों, प्रोटीन, यूरिया और न्यूक्लिक एसिड जैसे बायोमार्कर का पता लगाने के लिए जैव रासायनिक सेंसिंग और वर्णमिति पहचान प्लेटफार्मों के लिए माइक्रोरिएक्टर के रूप में विकसित किया। अंत में, संसाधित माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स का उपयोग तरल धातुओं के इलेक्ट्रोकेनेटिक हेरफेर और पैटर्न वाले हाइड्रोजेल के संश्लेषण के लिए पैटर्न वाले मोल्ड के रूप में और ड्रग ग्रेडिएंट कमजोर पड़ने और सेल कल्चर प्लेटफॉर्म के रूप में किया गया।
अनुसंधान के माध्यम से, टीम ने लेजर कटिंग द्वारा पानी के प्रसंस्करण के लिए नवीन रूप से एक तकनीक का प्रस्ताव रखा, जो पानी के प्रवाह को बांधकर पानी के सटीक प्रसंस्करण की चुनौती को हल करता है। लेजर-कटिंग वॉटर द्वारा तैयार किए गए माइक्रोफ्लुइडिक चिप्स रसायन विज्ञान, स्वास्थ्य, सामग्री विज्ञान और बायोमेडिसिन सहित कई क्षेत्रों में अनुप्रयोगों की क्षमता दिखाते हैं।
