科技日报记者 罗云鹏
记者1月6日从中国科学院深圳先进技术研究院获悉，该院医学成像科学与技术系统全国重点实验室郑海荣院士、李飞研究员，联合华中科技大学祝雪丰教授，合作团队开发出了一种全新的“拓扑声镊”技术。该技术能够实现微小颗粒在强散射的复杂介质中精准、动态操控，为开发在血流、生物组织等动态复杂环境中工作的微型机器人、靶向给药系统等方面提供了新思路。相关研究成果近日发表在《科学进展》上。
声镊技术让“隔空取物”成为可能，它是利用声波来操控细胞、生物分子、药物载体等微小颗粒的重要工具，在生物医药等领域应用前景广阔。然而，传统声镊在遇到生物组织、复杂流体等复杂介质中，声波会发生散射、反射、折射和畸变，导致声场发生紊乱、操作失控，是声镊技术在非均匀复杂介质中实现精准操控的瓶颈问题。
在该研究中，研究团队创新性地引入“拓扑”概念，他们设计出一种特殊的声学结构——拓扑声子晶体，并成功激发了一种具有“拓扑保护”特性的驻波声场，这种特性使声波免受复杂环境的干扰，如同穿上一层“防干扰盔甲”。
基于这一原理，研究团队展示了拓扑声镊的优越性能。他们通过编程控制，在拓扑声场中创造出了一个移动的声学波浪，这种波浪能将微小颗粒沿任意预设路径移动，实现高精度、空间选择性、可编程的“波浪式”智能定向输运。
此外，即使在拐角、空腔以及无序排列的复杂环境中，该技术依然能实现高精度操控微小颗粒。与传统声镊技术相比，该技术凸显了拓扑鲁棒性的声操控优势。
该研究不仅为声镊技术在生物组织等复杂非均匀介质中维持稳定的操控力场提供了理论基础，也为声镊在复杂环境下精准操控这一普适性难题提供了新范式，对光镊、拓扑物理等相关领域亦具有重要的借鉴意义。目前，研究团队正推动该技术在药物递送、细胞内操作等生物医学领域的产业化应用。
美国德克萨斯大学奥斯汀分校终身教授郑跃兵在同期发表的评论文章指出，该研究堪称拓扑声镊技术的先驱性示范研究之一，这一基础性工作未来在系统小型化集成、可重构波导结构、多样化操作模式等方面应用前景广阔。
网友评论
