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

　　在科研領(lǐng)域，實驗人員會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)心在解凍過程中，由于不夠細(xì)致的操作，會導(dǎo)致整個生物標(biāo)本出現(xiàn)無法挽回的損壞。如果新技術(shù)能夠以一種便捷、高效、準(zhǔn)確的方式對冰塊進(jìn)行處理，那么這些問題也就迎刃而解。

　　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)會因為溫度等因素的不同而出現(xiàn)不同的變化。類似地，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，來自以色列耶路撒冷希伯來大學(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候，就會產(chǎn)生奇妙的現(xiàn)象，水分子會形成一種迷宮狀的結(jié)構(gòu)。在特殊頻率光照的選擇中，由于冰晶相對于液態(tài)水更容易吸收紅外光，因此紅外光正是此次實驗中改變水分子結(jié)構(gòu)的主要工具。

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

　　蔗糖可以減緩水分子的運(yùn)動，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，然后通過紅外光對其進(jìn)行照射，整個過程保持恒溫。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)生的熱量會在冰晶中形成孔洞，如同雕刻一般繪出具體的圖案。經(jīng)過一個小時左右，當(dāng)這些孔洞相互連通后，冰晶內(nèi)部就出現(xiàn)了類似于迷宮的形狀。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不同濃度的糖水，來測試可能影響迷宮形狀出現(xiàn)的幾個因素。另一方面，他們還通過加入不同份量的墨水，進(jìn)一步對各個結(jié)果進(jìn)行比較。實驗現(xiàn)象表明，純水環(huán)境下或是加入低濃度的墨水都會阻礙上述“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。

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

　　通過這項研究發(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，實驗室可以設(shè)計和制造出各式各樣的“水迷宮”。并且，這項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)解凍過程中可能對生物標(biāo)本本身造成的損壞。

　　這種技術(shù)的優(yōu)勢可以與我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷奈⒉ń鈨鲞M(jìn)行比較。微波解凍是作用在水本身上面的機(jī)制，通過讓水分子之間相互碰撞、摩擦生熱來達(dá)到解凍的目的；而紅外光的波長比微波更短，其作用的對象則主要是冰，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)總會為我們帶來新的可能性，或許未來這項技術(shù)還會有更多意想不到的應(yīng)用。



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