奈米結構內氣穴-能降低微流體元件損耗

編譯／高晟鈞

微流體起源於1980年代，並經過多年發展，於2010年後於生醫領域大放異彩。這主要是因為次時代定序晶片的出現，其在即時檢測上的應用，使這些檢測跨越了地理限制。微流體顧名思義，是一種將流體微小化的技術，當應用在生化領域上時，便意味著能將生物或是化學反應的流體體積縮小，放入微流體中；理想上，你可以想像在實驗室內所進行的實驗，最後被縮小到一張小晶片上，這便是微流體令人興奮的地方。

然而，只要是流體，便不可避免所謂空蝕效應，又稱氣穴現象的發生，造成的耗損。這些現象主要是因為，當環境壓力上升時，水的沸點會下降，因此能在室溫沸騰。我們都知道，水沸騰會產生氣泡，而這些氣泡便是所謂的氣穴。這些氣泡可以是好的也可以是壞的，這些氣泡破裂時會造成器材的耗損；但像在超聲波洗衣機中，這些氣泡反而能幫助我們清洗衣物的汙垢。

 Guillermo Aguilar博士、James和Ada Forsyth教授以及Texas A&M大學的J. Mike Walker教授於近期在Scientific Report上刊登了新的研究。研究發現，在奈米結構內，這些氣穴現象的所產生的氣泡，反而能降低微流體表面侵蝕並提高裝置的效率。

研究人員配備了顯微鏡鏡頭的高速相機紀錄這些微小氣泡。這些氣泡通常只有一微米大，生成到破裂只費時十分之一毫秒。實驗還使用了多個激光器，分別用於在微流體表面形成微米圖案、誘導空蝕效應以及追蹤器泡。

配備高速相機的激光器捕捉到的圖片顯示，微米圖案附近的氣泡破裂不但加強了微流體的流體混和；同時這項技術能使團隊於微結構表面捕捉到氣穴，並減少了平常由於空蝕效應所造成的侵蝕。

Aguilar說:「我們相信這能成為開發微流體和減緩侵蝕發生的起點。儘管測試目前仍處於實驗室階段，但這項結合光電和流體學的研究項目，將能使像是液態泵系統等微流體系統，具有更高效且持續時間更長的能力。」

資料來源:Phys.org

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