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科学家首次实现用光的力量控制流体

2007-04-01 05:33 杨孝文 新浪科技 阅读 0
核心摘要: 科学家首次实现利用激光束改变流体形状并控制其流动。法国和美国物理学家发现,通过激光的辐射压力,可以使液体形成驼峰状并驱动其流动。该发现可能为生物医学微流体技术提供新的可控方法,有望在药物输送、细胞分析等领域取得突破。研究发表在《物理评论快报》。

一项最新研究显示,一个科学家小组日前发现了仅依靠光的力量改变流体外形及控制流体流动的新途径。法国和美国物理学家利用激光束,生成了一股长而稳定的滑腻腻的液体,甚至比头发丝还细。当以不同角度施加激光时,液体被驱使形成驼峰形状。据认为,这是科学家首次利用激光来生成流体的总体流动。这一发现可能推动生物医学和生物技术研究的突破,因为它提供了控制流体流过细如发丝通道的新方法。

这项研究结果是美国芝加哥大学从事流体研究的教授温迪·张(Wendy Zhang)在拜访法国波尔多大学的同行时偶然发现的。当时,张教授被邀请参观波尔多大学物理实验室,因为该校科学家吉恩-皮埃尔·德尔维勒(Jean-Pierre Delville)在完成了一项实验后,发现了一个奇异的结果。实验涉及在强度不大的激光束照射下相同流体的行为。德尔维勒的实验想法很简单:打开激光后观察会发生什么,就像驾车者在废弃公路上测试汽车性能。张教授说:“他打开了激光,接着便看到了令人不可思议的事情。因为他在光学研究方面经验丰富,他意识到自己的发现十分奇特。”随后,张教授将概念带回芝加哥,与研究生罗伯特·施罗尔(Robert Schroll)一同推敲这一现象背后的理论。研究结果于3月30日发表在《物理评论快报》上。

张教授说:“这种概念太过奇特,因为我知道液体散开时,这一过程并不涉及这一点。”当热量使液体开始运动时,张及同事发现热并非关键因素。相反,驱动液体活动的光的光子和粒子产生的微弱辐射压力才是核心机制。这种辐射压力微不足道,通常被忽略,但德尔维勒采用的液体表面极不稳定,甚至连光也能使其变形。实验中采用的液体是水油混合物,它们恰如其分地结合在一起,在某些条件下显示出不同特性。张教授在谈到这种液体时说:“它基本上就是肥皂。”

进一步研究将确定这种光驱动的流动能否改善微流体技术。微流体技术是一门控制流体经过比发丝还细通道的科学。常规微流体技术利用电脑芯片中的蚀刻通道来控制流体流动。张教授表示,虽然这是相对容易的过程,但激光驱动的微流体系统可能使研究人员进行更迅速的调整。她说:“我在这里建了一个通道,但不必做任何事情,只要用发光体照射即可。”

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