如何高效地利用脈沖激光直接驅(qū)動液體流動，一直是困擾國內(nèi)外科學(xué)界的一大難題。因?yàn)槟壳皬V泛使用的超聲波驅(qū)動液體技術(shù)，例如超聲波洗牙技術(shù)，均是利用機(jī)械裝置產(chǎn)生超聲波驅(qū)動液體，無法將相關(guān)裝置有效地小型化，也就很難應(yīng)用于微流體芯片實(shí)驗(yàn)室、微制造、生物芯片、醫(yī)藥和生命科學(xué)等研究領(lǐng)域。

而近期，電子科技大學(xué)基礎(chǔ)與前沿研究院王志明教授團(tuán)隊(duì)與來自河南工程學(xué)院、美國休斯頓大學(xué)、美國哈佛大學(xué)、美國普渡大學(xué)等國內(nèi)外高校的合作者提出了一種全新的光流體學(xué)機(jī)理，并成功地用脈沖激光在純水中實(shí)現(xiàn)持續(xù)高速的水流噴射。該方法僅需使用簡單且廉價(jià)的裝置，即可實(shí)現(xiàn)激光對流體的高效驅(qū)動，成功地克服了激光驅(qū)動宏觀流體運(yùn)動這一科學(xué)技術(shù)難題。該工作被選作首頁頭條文章在Science 子刊《Science Advances》官網(wǎng)報(bào)道，文章標(biāo)題為“Laser streaming: Turning a laser beam into a flow of liquid”（ 激光流體：把激光束轉(zhuǎn)化成液體流）。該論文的預(yù)印本一經(jīng)發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)論文平臺上，馬上受到數(shù)十家國際知名科技媒體爭相報(bào)道。

據(jù)介紹，該技術(shù)就是利用激光及相關(guān)裝置產(chǎn)生超聲波，超聲波再對液體進(jìn)行驅(qū)動。激光聚焦在裝有金納米顆粒水分散液的玻璃容器內(nèi)側(cè)，玻璃容器內(nèi)壁激光聚焦處產(chǎn)生了形如火山口并附著有大量金納米顆粒的微腔。該微腔在脈沖激光照射下可產(chǎn)生超聲波并驅(qū)動液體流動。

研究團(tuán)隊(duì)通過對以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的研究，提出了一種全新的光流體機(jī)理，該機(jī)理包含了兩個基本的物理過程——光聲效應(yīng)和聲波驅(qū)動流體效應(yīng)。這里，金納米顆粒附著的微腔是連接光聲效應(yīng)和聲波驅(qū)動效應(yīng)的關(guān)鍵。金納米顆粒在脈沖激光的照射下會經(jīng)歷快速的、周期性的體積膨脹和收縮，從而產(chǎn)生超聲波（光聲效應(yīng)）。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(qū)動效應(yīng)，驅(qū)動分散液產(chǎn)生高速流動。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(qū)動其他液體流動。

超聲驅(qū)動液體流動其實(shí)距離我們生活并不遙遠(yuǎn)，從工業(yè)設(shè)備的循環(huán)冷卻，到超聲洗牙和牙齦疾病的根管治療，再到實(shí)驗(yàn)室模擬生物化學(xué)反應(yīng)的微流體芯片，都需要定向驅(qū)動的高速水流。研究團(tuán)隊(duì)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，和傳統(tǒng)的利用機(jī)械裝置產(chǎn)生超聲波來推動液體流動的方式不同，激光驅(qū)動流體提供了一種全新的、簡單廉價(jià)的驅(qū)動流體的方式。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)微米級別到厘米級別的流體控制，在微流體系統(tǒng)乃至可穿戴便攜式醫(yī)療設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。激光驅(qū)動流體的創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)為微流體系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了新的驅(qū)動方式，促進(jìn)了新型微流體系統(tǒng)的開發(fā)，為我國微流體技術(shù)研究追趕世界先進(jìn)水平起到推動作用。