@ 2018.12.21 , 10:00

可以同时悬浮并牵引多个粒子的全息声学镊子

声悬浮——利用声波产生的压力悬浮微粒的技术——已经存在了很长时间。

但是现在西班牙和英国的研究人员取得了巨大的突破:他们制造的声学悬浮设备,能够同时悬浮并牵引移动多个粒子,且粒子的移动方向可以相互独立。

潘普洛纳纳瓦拉公立大学的机械工程师Asier Marzo和英国布里斯托尔大学的Bruce Drinkwater共同完成了这一创举。也是他们在2015年开发出了世界上第一台声学牵引装置。

新设备——这对搭档称其为“全息声学镊子”——除了可以巩固发明人在业内的权威声望之外,对于诸如制药这样的行业也具有非常大的应用价值——声学悬浮可以实现对原材料的无容器处理。

声学镊子的实现完全基于全息光学镊子(HOT)的原理,后者通过分离和聚焦激光而不是声波来悬浮并操纵粒子。

然而,对某些材料和某些应用场合,我们无法使用激光,因为激光需要透明介质,且仅能够操纵微米大小的颗粒。

全息声学镊子(HAT)可以填补这些应用空白,如体内生物医学应用,或者操纵尺寸更大的颗粒。

HAT由两组包含256个扬声器的阵列组成,每个扬声器直径约1厘米,阵列之间有23厘米的间隔。它们的工作频率为40千赫兹,远高于人类的听觉范围,即64赫兹到23千赫兹(虽然它可能会让狗和猫感到不舒服)。

音量足够高时,会产生强大的声压;不同的扬声器发出不同强度的声波,复杂的声波阵列可以悬浮起25个颗粒,改变某组声波的物理特征就可以牵引和操纵特定的颗粒。

该团队展示了二维和三维空间中的声波牵引技术,三维镊子的效果简直令人惊叹。

研究人员使用直径在1到3毫米之间的聚苯乙烯泡沫塑料球,执行一系列令人惊叹的空中机动动作,例如组成3D二十面体,或者整体表现出像是被线绳串起来的运动效果!

可以同时悬浮并牵引多个粒子的全息声学镊子

“声学镊子具有各种各样的可能应用,但我对这两种尤其感兴趣。使用大量悬浮颗粒形成不同的三维物体,如果说二维屏幕上最小的单位是像素,那未来的3D屏幕上就有所谓的体素,而我们的发明印证了这一可能。”Marzo对西班牙科学新闻周刊Agencia Sinc,“此外,还可以在微观尺度上操纵3D细胞搭建出二维培养皿中无法存在的立体的生物学结构。”

就像是体检时用到的超声波成像技术,声波可以穿透我们的身体而不会造成伤害,并且它们比激光更节能。这意味着该技术可以安全地在体外直接操纵体内的颗粒物质。

当然,现在还无法满足临床应用,目前他们还在努力完善操纵水中颗粒的技术细节。他们相信至多在一年内就可以达成这一目标。

该研究被发表在PNAS期刊上。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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