声波镊子是利用声波动量传递产生的声波辐射力(ARF),是对粒子和细胞进行非接触式操纵的强大工具。它们在显示技术、生物医学传感器、成像设备、诊断等领域发挥着重要作用。虽然驻波或声束已经被用来捕获颗粒,但需要一个巨大的相控阵或位移平台来移动波相或移动声源,以进行动态操纵,这需要时变的声场,新研究成果现已发表在《应用物理评论》期刊上。

目前,如何用一种简单、灵活、低成本、一次性的方法在微小的微通道中实现动态操纵仍然是一个挑战。中国科学院深圳高级技术研究所(SIAT)的郑海荣教授领导的一个研究小组,通过在微观尺度上集成声流体学、物理学和声子晶体的制造,解决了对微通道中粒子和细胞的全面、动态操纵的挑战。在本研究中,位于微通道中的声子晶片(PCP)由化学刻蚀而成,产生可调谐的时变声场,产生可实时调节的各向同性可逆声波辐射力。

声波辐射力起源于入射声波与声子晶片中两个不同模式共振激发的相互作用。这些特定模式可以通过简单地改变驱动频率来灵活地切换,频率的这种变化分别产生了高度局域化的声场和漏磁场,前者产生负的声波辐射力以捕获粒子,后者则导致正的声波辐射力使粒子悬浮。与用于声子晶片位置的偏移声源设置相结合,由沿通道的场梯度引起的辐射力,可以进一步沿着某一预定轨迹(例如基于直线和弧线的直线、折线、弧线或环线)向源输送悬浮的微粒或细胞。

通过切换频率以改变声子晶片的谐振模式以及通过在声子晶片上设计图案以构建路线,实现了沿通道中预定路径的粒子和细胞的任意走走停停运动,即捕获和传输。通过在微流控设备中使用声子晶体或超材料仔细设计和设计声场,可以在生物医学应用中以可调和多功能的方式对各种材料、粒子、细胞和生物体进行声学操作。在各种应用中,使用可实时调谐和调整的声辐射力对粒子和细胞进行非接触式操纵已变得非常重要。

这些应用包括显示技术、生物医学传感器、成像设备和诊断工具。声子晶体具有许多特性,可用于微流控通道中的可调谐操作。研究使用声子晶体来调节微流控通道中的声场,以实现对微粒和细胞的可控操纵。分析和计算模型揭示了声子晶体的共振,是如何调整声子晶体的声场和辐射力来实现所需的操作。微流控通道中粒子动态操纵的这些概念和实现推动了用于动态声操纵技术的微流控通道发展,尤其有利于可调谐细胞分析。

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博科园|研究/来自:中国科学院深圳高级技术研究所

研究发表期刊《应用物理评论》

DOI: 10.1103/PhysRevApplied.13.044077

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中科院:又攻克一个难题,实现用声子晶体,制造动态声波镊子!

图文简介

声波镊子是利用声波动量传递产生的声波辐射力(ARF),是对粒子和细胞进行非接触式操纵的强大工具。它们在显示技术、生物医学传感器、成像设备、诊断等领域发挥着重要作用。