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！

“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 majer 编辑发布。