在低溫環(huán)境下，水汽會(huì)在空中凝華形成各種各樣的雪花（圖片來(lái)源：pixabay）

　　在科研領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)人員會(huì)希望擁有一種新的技術(shù)，能夠?qū)τ诒４嬖诒械纳飿?biāo)本進(jìn)行精密解凍。很多情況下，他們總擔(dān)心在解凍過(guò)程中，由于不夠細(xì)致的操作，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生物標(biāo)本出現(xiàn)無(wú)法挽回的損壞。如果新技術(shù)能夠以一種便捷、高效、準(zhǔn)確的方式對(duì)冰塊進(jìn)行處理，那么這些問(wèn)題也就迎刃而解。

　　受到雪花形成原理的啟發(fā)，科學(xué)家認(rèn)為，也許某些外界條件能夠改變水分子的排列結(jié)構(gòu)。我們知道，在低溫環(huán)境下，水汽會(huì)在空中凝華形成各種各樣的雪花。這些結(jié)晶體大多是六角形，具體的結(jié)構(gòu)會(huì)因?yàn)闇囟鹊纫蛩氐牟煌霈F(xiàn)不同的變化。類(lèi)似地，特殊頻率的光照或許也能起到改變水分子結(jié)構(gòu)的作用。

　　最近，來(lái)自以色列耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)的物理學(xué)家希望利用紅外光構(gòu)建一種特殊的水分子結(jié)構(gòu)。這項(xiàng)研究的結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在《科學(xué)·進(jìn)展》雜志上。研究人員發(fā)現(xiàn)，在冰水混合物中，冰比水吸收到更多熱量的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生奇妙的現(xiàn)象，水分子會(huì)形成一種迷宮狀的結(jié)構(gòu)。在特殊頻率光照的選擇中，由于冰晶相對(duì)于液態(tài)水更容易吸收紅外光，因此紅外光正是此次實(shí)驗(yàn)中改變水分子結(jié)構(gòu)的主要工具。

紅外光所產(chǎn)生的熱量會(huì)在冰晶中形成孔洞（圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)）

　　蔗糖可以減緩水分子的運(yùn)動(dòng)，使得之后的變化更容易被觀察到。于是，研究人員將糖水放置在冰晶和水可以共存的溫度條件下，糖水中加入13微米厚的冰晶，然后通過(guò)紅外光對(duì)其進(jìn)行照射，整個(gè)過(guò)程保持恒溫。當(dāng)調(diào)節(jié)紅外光到合適的頻率后，冰晶就會(huì)吸收一部分紅外光，吸收的程度大約要比水多出三倍。紅外光所產(chǎn)生的熱量會(huì)在冰晶中形成孔洞，如同雕刻一般繪出具體的圖案。經(jīng)過(guò)一個(gè)小時(shí)左右，當(dāng)這些孔洞相互連通后，冰晶內(nèi)部就出現(xiàn)了類(lèi)似于迷宮的形狀。而根據(jù)照射條件的不同，水分子內(nèi)也形成了各式各樣不同的“迷宮”。

　　研究人員緊接著通過(guò)不同濃度的糖水，來(lái)測(cè)試可能影響迷宮形狀出現(xiàn)的幾個(gè)因素。另一方面，他們還通過(guò)加入不同份量的墨水，進(jìn)一步對(duì)各個(gè)結(jié)果進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，純水環(huán)境下或是加入低濃度的墨水都會(huì)阻礙上述“迷宮”現(xiàn)象的產(chǎn)生。最終，研究人員得出結(jié)論，冰和水對(duì)紅外光的差異吸收正是水分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變、形成不同迷宮圖案的原因。

紅外光的波長(zhǎng)比微波更短，其作用的對(duì)象則主要是冰，而不是水（圖片來(lái)源：pixabay）

　　通過(guò)這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，人們可以創(chuàng)造出完全不亞于雪花多樣性的觀賞性成果。利用不同的環(huán)境條件，實(shí)驗(yàn)室可以設(shè)計(jì)和制造出各式各樣的“水迷宮”。并且，這項(xiàng)研究也正好提供了一套精密解凍的方案。利用紅外光照射形成孔洞，能夠盡量避免傳統(tǒng)解凍過(guò)程中可能對(duì)生物標(biāo)本本身造成的損壞。

　　這種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)可以與我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ?jiàn)的微波解凍進(jìn)行比較。微波解凍是作用在水本身上面的機(jī)制，通過(guò)讓水分子之間相互碰撞、摩擦生熱來(lái)達(dá)到解凍的目的；而紅外光的波長(zhǎng)比微波更短，其作用的對(duì)象則主要是冰，而不是水。這種技術(shù)作為解凍就如同抽絲剝繭一樣，能更加完整地取出冰凍物。

　　新的發(fā)現(xiàn)總會(huì)為我們帶來(lái)新的可能性，或許未來(lái)這項(xiàng)技術(shù)還會(huì)有更多意想不到的應(yīng)用。



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