複製光鑷成功 精準移動物體的聲波「球棍」
編譯/高晟鈞
洛桑聯邦理工學院研究人員受新穎的光學應用啟發,僅使用聲波就成功地引導漂浮物體繞過水生障礙場,有望為先進的生物醫學應用帶來希望,例如:非侵入性標靶藥物傳遞。
複製「光鑷」成功
2018年,Arthur Ashkin因發明光鑷而獲得了諾貝爾物理獎。光鑷是一高度聚焦雷射裝置,可以用來移動細胞、病毒顆粒等透明微小的物體。儘管光鑷可以用於多種生物應用,但卻需要極其穩定的靜態條件才能正常運作。
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與此相比,研究團隊使用的聲波技術,更像是一曲棍球棍,可以在不受控制的動態環境中移動物體,就像是用曲棍球棍在冰上移動曲棍球一樣。「在我們的實驗中沒有捕捉物體,更像是輕輕推動他們,就像是冰上曲棍球員一樣。」作者Romain Fleury說道。
精準移動物體的「聲波球棍」
該團隊使用的技術被稱為「波動量整形」,其靈感來自波前整形光學。該技術一般用於聚焦散射光,而這是該概念用於移動物體。不只如此,研究團隊還能可以控制物體的旋轉,移動更複雜的漂浮物,甚至是摺紙蓮花。
實驗中,目標物體(曲棍球)漂浮在一個大水箱的表面,由上頭的攝影機捕捉位置。接著,水箱兩端放有揚聲器陣列,第一個陣列會發出聲波(球棍)引導球沿著預定路徑前進;第二個則會接收反射的聲波,幫助研究人員即時計算聲波沿著路線推動球所需的最佳動量。
除此之外,研究團隊還添加了靜止和移動的障礙物,旨在增加系統的不均勻性。結果顯示在這種無序系統中,「聲波球棍」依舊具有良好的表現。
商業應用與下一步
聲波球棍的結果有望對生物醫學技術產生巨大幫助,尤其是藥物傳遞系統。現今已有許多藥物傳遞系統利用聲波來釋放封裝的藥物,在此基礎上,聲波球棍有望進一步幫助藥物沿著指定路線,投放於目標腫瘤細胞中。除此之外,Fleury博士也看到了其在3D列印中的潛力,幫助微觀粒子固化成物體前排列它們。
研究團隊的下一個目標將是如何把聲波球棍進一步縮小至微觀尺度,研究團隊目前已經獲得SNSF的資助,在顯微鏡下進行實驗,利用超音波移動細胞。
資料來源:Innovations
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