電子科大專家首次發現激光碟機動流體新技術

四川在線消息（陳孟勤 記者 江芸涵）你能想像未來醫生們利用激光碟機動藥劑進行潔牙嗎?你能想像未來利用激光進行輔助治療嗎?而激光碟機動流體技術的首次實現，使得這些有望在未來變成現實。

10月12日中午，記者在電子科技大學激光碟機動流體技術學術成果媒體交流會上獲悉，該校基礎與前沿研究院王志明教授團隊與來自河南工程學院、美國休斯頓大學、美國哈佛大學、美國普渡大學等國內外高校的合作者提出了一種全新的光流體學機理，並成功利用脈衝激光在純水中實現持續高速的水流噴射，激光碟機動流體首次實現。

解世界難題，國際頂尖學術期刊報道

該技術的實現能為老百姓帶來什麼呢?就拿我們日常生活中常見的潔牙來說，目前常見的超聲波潔牙是利用超聲波驅動液體技術實現的，但這一過程的實現主要運用的是精密的機械裝置，這就使得相關裝置無法有效小型化，成本也很高。

一直以來，如何高效地利用脈衝激光直接驅動液體流動，都是困擾國內外科學界一大難題。因為目前廣泛使用的超聲波驅動液體技術，由於裝置原因也很難應用於微流體晶元實驗室、微製造、生物晶元、醫藥和生命科學等研究領域。

而激光碟機動流體的實現使得這些問題有望得以解決。該方法僅需使用簡單且廉價的裝置，即可實現激光對流體的高效驅動，成功地克服了激光碟機動流體運動這一科學技術難題。

該工作還於9月27日被選作首頁頭條文章在Science子刊《Science Advances》官網報道，文章標題為「Laser streaming: Turning a laser beam into a flow of liquid(激光流體：把激光束轉化成液體流)」，引起國內外科學界廣泛關注。

《Science Advances》官網首頁報道

激光碟機動流體是如何得以實現呢?

該技術就是利用激光及相關裝置產生超聲波，超聲波再對液體進行驅動。激光聚焦在裝有金納米顆粒水分散液的玻璃容器內側，玻璃容器內壁激光聚焦處產生了形如火山口並附著有大量金納米顆粒的微腔。該微腔在脈衝激光照射下可產生超聲波並驅動液體流動。

研究團隊通過對以上實驗現象的研究，提出了一種全新的光流體機理，該機理包含了兩個基本的物理過程——光聲效應和聲波驅動流體效應。這裡，金納米顆粒附著的微腔是連接光聲效應和聲波驅動效應的關鍵。金納米顆粒在脈衝激光的照射下會經歷快速的、周期性的體積膨脹和收縮，從而產生超聲波(光聲效應，圖2 A)。而在金納米顆粒和腔體的共同作用下，定向的高頻超聲波通過聲波驅動效應，驅動分散液產生高速流動(圖2 B)。更值得注意的是，一旦微腔形成，將金納米顆粒分散液替換為純水或其他溶液，激光亦可驅動其他液體流動。

圖2 光聲效應和聲波驅動流體效應原理

「光聲效應、聲波驅動流體效應前人都有研究，現在我們將這兩種技術結合在一起，激光通過金納米顆粒變成聲波，聲波再驅動水流控制流體運動，我們的工作從學術上來說就是發現了兩者之間的連接點。」王志明教授介紹說。

未來有望在醫學等領域廣泛應用

超聲驅動液體流動其實距離我們生活並不遙遠，從工業設備的循環冷卻，到超聲洗牙和牙齦疾病的根管治療，再到實驗室模擬生物化學反應的微流體晶元，都需要定向驅動的高速水流。和傳統的利用機械裝置產生超聲波來推動液體流動的方式不同，激光碟機動流體提供了一種全新的、簡單廉價的驅動流體的方式。該技術可以實現微米級別到厘米級別的流體控制，在微流體系統乃至可穿戴攜帶型醫療設備中得到廣泛應用。

「我們在這個實驗中就是用了非常簡單的材料，而且以非常低的成本，實現了更快速地驅動，這個是一個突破。」文章第一作者王志明教授團隊博士後王亞楠表示。「我們下一步的工作一方面繼續探索微腔的形成過程，挖掘更深的機理，做更深入的基礎研究。另一方面還將在具體的領域進行應用研究。」

雖然對於微腔形成過程還需更進一步的研究，但激光碟機動流體這一突破性的實驗發現結合了納米光子學、聲學、微流體學和材料科學。未來有望實現在光控微流體、激光手術、激光清洗、醫學等領域的廣泛的應用。

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