聲波鑷子是利用聲波動(dòng)量傳遞產(chǎn)生的聲波輻射力(ARF)，是對(duì)粒子和細(xì)胞進(jìn)行非接觸式操縱的強(qiáng)大工具。它們?cè)陲@示技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)傳感器、成像設(shè)備、診斷等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。雖然駐波或聲束已經(jīng)被用來(lái)捕獲顆粒，但需要一個(gè)巨大的相控陣或位移平臺(tái)來(lái)移動(dòng)波相或移動(dòng)聲源，以進(jìn)行動(dòng)態(tài)操縱，這需要時(shí)變的聲場(chǎng)，新研究成果現(xiàn)已發(fā)表在《應(yīng)用物理評(píng)論》期刊上。

目前，如何用一種簡(jiǎn)單、靈活、低成本、一次性的方法在微小的微通道中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)操縱仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。中國(guó)科學(xué)院深圳高級(jí)技術(shù)研究所(SIAT)的鄭海榮教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組，通過(guò)在微觀尺度上集成聲流體學(xué)、物理學(xué)和聲子晶體的制造，解決了對(duì)微通道中粒子和細(xì)胞的全面、動(dòng)態(tài)操縱的挑戰(zhàn)。在本研究中，位于微通道中的聲子晶片(PCP)由化學(xué)刻蝕而成，產(chǎn)生可調(diào)諧的時(shí)變聲場(chǎng)，產(chǎn)生可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的各向同性可逆聲波輻射力。

聲波輻射力起源于入射聲波與聲子晶片中兩個(gè)不同模式共振激發(fā)的相互作用。這些特定模式可以通過(guò)簡(jiǎn)單地改變驅(qū)動(dòng)頻率來(lái)靈活地切換，頻率的這種變化分別產(chǎn)生了高度局域化的聲場(chǎng)和漏磁場(chǎng)，前者產(chǎn)生負(fù)的聲波輻射力以捕獲粒子，后者則導(dǎo)致正的聲波輻射力使粒子懸浮。與用于聲子晶片位置的偏移聲源設(shè)置相結(jié)合，由沿通道的場(chǎng)梯度引起的輻射力，可以進(jìn)一步沿著某一預(yù)定軌跡（例如基于直線和弧線的直線、折線、弧線或環(huán)線）向源輸送懸浮的微粒或細(xì)胞。

通過(guò)切換頻率以改變聲子晶片的諧振模式以及通過(guò)在聲子晶片上設(shè)計(jì)圖案以構(gòu)建路線，實(shí)現(xiàn)了沿通道中預(yù)定路徑的粒子和細(xì)胞的任意走走停停運(yùn)動(dòng)，即捕獲和傳輸。通過(guò)在微流控設(shè)備中使用聲子晶體或超材料仔細(xì)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)聲場(chǎng)，可以在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中以可調(diào)和多功能的方式對(duì)各種材料、粒子、細(xì)胞和生物體進(jìn)行聲學(xué)操作。在各種應(yīng)用中，使用可實(shí)時(shí)調(diào)諧和調(diào)整的聲輻射力對(duì)粒子和細(xì)胞進(jìn)行非接觸式操縱已變得非常重要。

這些應(yīng)用包括顯示技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)傳感器、成像設(shè)備和診斷工具。聲子晶體具有許多特性，可用于微流控通道中的可調(diào)諧操作。研究使用聲子晶體來(lái)調(diào)節(jié)微流控通道中的聲場(chǎng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)微粒和細(xì)胞的可控操縱。分析和計(jì)算模型揭示了聲子晶體的共振，是如何調(diào)整聲子晶體的聲場(chǎng)和輻射力來(lái)實(shí)現(xiàn)所需的操作。微流控通道中粒子動(dòng)態(tài)操縱的這些概念和實(shí)現(xiàn)推動(dòng)了用于動(dòng)態(tài)聲操縱技術(shù)的微流控通道發(fā)展，尤其有利于可調(diào)諧細(xì)胞分析。