水是人们赖以生存的天然资源，使用于很多范畴。近些年，微量水的图画化和活动控制在材料科学、化学、生物医学等范畴引起广泛重视。现在，控制微量水描摹和活动的首要手法是预先加工固体通道，但由于水的无序性和活动性，精准加工水仍存在应战。

  针对以上问题，西安交通大学生命科学与技能学院仿生工程与生物力学研究所（BEBC）选用激光加工技能，并经过调节水的活动性和外表张力特性完成了“激光切水”的主意。首要，用疏水性的SiO2纳米颗粒包覆在水的外表构建了厚度为亚毫米级的水饼，随后用激光对该水饼施行切开，成功完成了“激光切水”的设想，并制作出了多种“水图画”（图1）。

  图1.（a）制备SiO2纳米颗粒包覆的水饼和激光切开水饼的操作程序，（b）激光切开水饼制作的各种“水图画”。

  包覆有疏水性SiO2纳米颗粒的水饼可被激光切开的原因首要有两个：榜首，水饼外表的SiO2纳米颗粒对波长为10.6mm的红外激光具有较强吸收。激光照耀后，SiO2纳米颗粒吸收激光能量将其转换为热量用于水的汽化；第二，当部分的水被汽化后，水的活动会带动外表的SiO2纳米颗粒进一步将露出的水面掩盖，从而阻挠了水的愈合进程（图2a,b）。为论述激光切开包裹SiO2纳米颗粒水饼的物理进程，经过理论剖析和数学模仿对激光切水进程中涉及到的传热和液体活动进行了剖析，发现水饼的厚度是影响激光切水进程的重要因素，包含耗费的时刻、所需的激光功率和加工的精度（图2c, d）。并经过试验探求了水的体积对水饼面积、水饼厚度对切开可行性及水饼厚度、激光扫描速度对加工精度等影响，得到了优化后“激光切水”的试验参数。

  图2.（a）激光切开SiO2纳米颗粒包裹水饼的示意图，（b）激光切开水饼的进程中液体活动的示意图，（c）激光照耀点周围SiO2纳米颗粒的温度随时刻和方位的改变趋势，（d）激光切开水饼的进程中水的描摹改变和温度涣散。

  之后，他们使用激光切开机成功加工出包含十字穿插通道、涣散型通道、阵列型通道、曲折通道、集成型通道、螺旋通道等常用的微流控芯片（图3）。而且，激光切水加工的微流控芯片精度可达350mm（图3c），证明了“激光切水”加工杂乱微流控结构的才能。

  图3.（a）使用激光切开SiO2纳米颗粒包覆的水饼制作微流控芯片的动态进程，（b）十字穿插型芯片，（c）涣散型芯片及部分扩大图，（d）放射型芯片，（e）液滴阵列型芯片，（f）单曲折通道型芯片，（g）集成型芯片，（h）曲折通道阵列型芯片，（i）螺旋型芯片。

  使用“激光切水”加工的微流控芯片和液滴进行了包含液体泵送、阀、液体混合、液体梯度稀释和分段溶液构建等液体控制，证明了制备的自支撑微流控芯片和液滴的液体控制功用（图4a, b）；根据加工的微流控芯片的敞开性，以其为小型化反响渠道完成了铜氨络合反响（图4c）；根据微流控芯片的透光性，将其开发为生化传感的微反响器和比色检测渠道，用于金属离子、蛋白质、尿素和核酸等生物标志物的检测（图4d-f）；最终，将加工的微流控芯片作为图画化的模具，完成了液态金属的电动控制和图画化水凝胶的组成（图4g），并作为药物梯度稀释和细胞培养渠道（图4h）。

  图4.（a）液滴内的液体混合，（b）使用加工的微流控芯片施行液体梯度稀释，（c）使用加工的微流控芯片演示铜氨络合反响，（d）使用加工的微流控芯片施行蛋白质、尿素和pH检测，（e）使用加工的微流控芯片施行金属离子检测，（f）使用加工的微流控芯片施行根据组成生物学的核酸传感，（g）使用加工的微流控芯片作为组成图画化水凝胶的模具及其使用演示，（h）加工的微流控芯片作为药物梯度稀释和细胞培养渠道用于药物筛查。

  该作业立异性地提出了一种经过激光切开加工水的战略，经过束缚水的活动处理了准确加工水的难题，并经过理论剖析、计算机模仿和试验探求对这一战略背面的机理进行了详细剖析。在使用层面上，经过激光切开水制备的微流控芯片具有敞开、通明、透气等特色，在化学、健康、材料科学和生物医学等很多使用范畴展示出使用潜力。

  该作业以《根据切开纳米颗粒包裹水饼的激光加工水》（“Machining water through laser cutting of nanoparticle-encased water pancakes”）为题宣布在《天然通讯》（Nature Communications）上。文章通讯作者为西安交通大学生命科学与技能学院仿生工程与生物力学研究所李菲教授和西北工业大学理学院李晓光副教授，榜首作者为西安交通大学生命科学与技能学院博士生牛纪成，一起作者包含西安交通大学生命科学与技能学院仿生工程与生物力学研究所徐峰教授、李心泽、刘禹霖、张超、岳可仰、周玉琳同学等，西安交通大学生命科学与技能学院为该论文的榜首和通讯作者单位。该作业得到了陕西省杰出青年科学基金项目（2020JC-06）、陕西省要点研制方案（2021SF-168）和西安交通大学青年优秀人才和立异团队（SY6J007，22127803HZ）等项目的赞助。