我国科学家开发出相控阵全息声镊操控技术 焦点播报

• 2023-06-07 21:04:03 来源：科技日报

科技日报记者 叶青

“隔空取物”一直以来是人类的梦想，这种科幻超能力现在被超声科技实现并可望用于治病救人。中国科学院深圳先进技术研究院郑海荣研究员团队开发出一种相控阵全息声镊操控技术，在生物体及血流中成功实现了对含气囊细菌群的无创精准操控和高效富集，在动物模型中实现了肿瘤靶向治疗应用。6月6日，该科研成果发表在国际期刊《自然·通讯》上。

相控阵全息声镊系统及在体操控细胞聚集示意图。研究团队供图

(资料图片仅供参考)

“相较而言，基于高频声波梯度声场设计的声镊在生物体系中具有作用力大、穿透性强、操控通量高和无须标记等独特优势。”论文通讯作者郑海荣表示，如果能运用声学的方法，不需要介入手段，就能像“隔空取物”般，将药物和治疗细胞精准运送到生物体病灶部位，解决临床治疗的一大难题。

相控阵全息声镊系统示意图。研究团队供图

对此，团队提出并构建了可编程相控阵全息声镊理论、技术和仪器体系，为生物体等复杂环境下的精准声操控奠定了基础。

什么是相控阵全息声镊？“这个系统是基于高密度面阵列换能器产生可调谐三维体声波，通过对空间声场在活体血管内等复杂环境中的时空精准调控，成功操控了含气囊细菌团簇，使其精准地移动到目标区域并发挥治疗功能，有望为肿瘤的靶向给药和细胞治疗等提供一种理想手段。”郑海荣介绍。

在此系统中，团队开创性地利用时间反演矫正声波穿越非均匀介质中产生的畸变，将超声成像与三维声操控相结合，实现了非透明非均匀介质中的自导航三维声镊，率先突破了复杂环境中声操控面临的瓶颈问题。同时，推动了二维高密度超声阵列的微型化，融合显微成像，初步实现了细胞、微生物等的离体三维声操控验证。

相控阵全息声镊系统在体操控细胞示意图。研究团队供图

“通过二维高密度超声换能器阵列形成的强梯度声场，就像无形的‘镊子’， 在病灶处建立起全息立体声场，控制细菌精准地按照预设路线，到达病灶部位。”团队成员马腾研究员说。

研究中，团队推动相控阵全息声镊高精度高通量操控技术取得了生物医学应用的突破，率先实现了在体声操控细菌对于实体肿瘤的靶向治疗。

“该研究证明了相控阵全息声镊仪器系统可以作为一种活体内非接触精准操控细胞的新工具。”郑海荣表示，以相控阵全息声镊为手段，功能细胞及细胞球为载体，在免疫治疗、组织工程、靶向给药等方面都有令人期待的应用潜力。

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