中科院：又攻克一個難題，實現用聲子晶體，製造動態聲波鑷子

2020-05-11 博科園

聲波鑷子是利用聲波動量傳遞產生的聲波輻射力(ARF)，是對粒子和細胞進行非接觸式操縱的強大工具。它們在顯示技術、生物醫學傳感器、成像設備、診斷等領域發揮著重要作用。雖然駐波或聲束已經被用來捕獲顆粒，但需要一個巨大的相控陣或位移平臺來移動波相或移動聲源，以進行動態操縱，這需要時變的聲場，新研究成果現已發表在《應用物理評論》期刊上。

中科院：又攻克一個難題，實現用聲子晶體，製造動態聲波鑷子

目前，如何用一種簡單、靈活、低成本、一次性的方法在微小的微通道中實現動態操縱仍然是一個挑戰。中國科學院深圳高級技術研究所(SIAT)的鄭海榮教授領導的一個研究小組，通過在微觀尺度上集成聲流體學、物理學和聲子晶體的製造，解決了對微通道中粒子和細胞的全面、動態操縱的挑戰。在本研究中，位於微通道中的聲子晶片(PCP)由化學刻蝕而成，產生可調諧的時變聲場，產生可實時調節的各向同性可逆聲波輻射力。

中科院：又攻克一個難題，實現用聲子晶體，製造動態聲波鑷子

聲波輻射力起源於入射聲波與聲子晶片中兩個不同模式共振激發的相互作用。這些特定模式可以通過簡單地改變驅動頻率來靈活地切換，頻率的這種變化分別產生了高度局域化的聲場和漏磁場，前者產生負的聲波輻射力以捕獲粒子，後者則導致正的聲波輻射力使粒子懸浮。與用於聲子晶片位置的偏移聲源設置相結合，由沿通道的場梯度引起的輻射力，可以進一步沿著某一預定軌跡（例如基於直線和弧線的直線、折線、弧線或環線）向源輸送懸浮的微粒或細胞。

中科院：又攻克一個難題，實現用聲子晶體，製造動態聲波鑷子

通過切換頻率以改變聲子晶片的諧振模式以及通過在聲子晶片上設計圖案以構建路線，實現了沿通道中預定路徑的粒子和細胞的任意走走停停運動，即捕獲和傳輸。通過在微流控設備中使用聲子晶體或超材料仔細設計和設計聲場，可以在生物醫學應用中以可調和多功能的方式對各種材料、粒子、細胞和生物體進行聲學操作。在各種應用中，使用可實時調諧和調整的聲輻射力對粒子和細胞進行非接觸式操縱已變得非常重要。

中科院：又攻克一個難題，實現用聲子晶體，製造動態聲波鑷子

這些應用包括顯示技術、生物醫學傳感器、成像設備和診斷工具。聲子晶體具有許多特性，可用於微流控通道中的可調諧操作。研究使用聲子晶體來調節微流控通道中的聲場，以實現對微粒和細胞的可控操縱。分析和計算模型揭示了聲子晶體的共振，是如何調整聲子晶體的聲場和輻射力來實現所需的操作。微流控通道中粒子動態操縱的這些概念和實現推動了用於動態聲操縱技術的微流控通道發展，尤其有利於可調諧細胞分析。

中科院：又攻克一個難題，實現用聲子晶體，製造動態聲波鑷子

博科園｜研究/來自：中國科學院深圳高級技術研究所

參考期刊《應用物理評論》

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