我國實現超聲操控搬運與篩選技術

2014年06月16日 08:38
來源：中國科學報

本報訊（記者朱漢斌 通訊員馮春）記者從中科院深圳先進技術研究院獲悉，該院鄭海榮課題組攜手國內外合作者，實現了利用超聲輻射力效應對物體進行非接觸的操控、搬運以及篩選。這使得利用聲波進行一定距離的「隔空探物」成為現實。相關成果於6月11日發表於《應用物理評論》雜誌。

據了解，聲波操控技術利用聲場中的顆粒對聲波產生的反射、折射、吸收等效應引起的動量在聲波與顆粒之間交換，通過顆粒受到的力作用對其進行操控。聲子晶體（人工周期結構）是具有聲子帶隙的人造周期彈性介質結構。利用聲波在不同周期結構材料中的傳播規律，以及不同材料的組元及其結構對能帶結構和帶隙的調控機制，可以設計優化聲子晶體以對聲場形態進行調製，從而控制聲波的傳播和分佈。

在該研究中，鄭海榮課題組提出通過設計製造的人工周期結構對換能器發射波束進行再調控，首次利用聲子晶體板蘭姆波誘發的透射增強機制，產生高度局域化的聲輻射力，對同種材料不同尺寸或相同尺寸不同材料的微納米顆粒成功實現捕獲、排列、移動、篩選等操控。

由於組成「聲篩」的聲子晶體板共振頻率由晶格常數和板厚等結構參數決定，因此可設計優化捕獲力的激勵頻率以及微納米顆粒的篩選尺寸。又因為顆粒尺寸小於晶格常數，且晶格常數為蘭姆波波長，小於同頻率聲波在水中的波長，所以「聲篩」對微納米顆粒的操控具有亞波長特徵。因此，「聲篩」實現了對亞波長微納米顆粒的可調控操控，其在生物醫學工程、3D列印、催化反應和材料科學等領域具有廣泛的應用前景。

據介紹，利用「聲篩」技術可研製出精確可靠、成本低廉的微納米顆粒控制器件，為研究金屬、細胞、蛋白質、DNA等微納米顆粒及其微納米結構的裝配、基本力學、物理和生化特性提供重要研究手段，為用於細胞、血小板、蛋白質等生物顆粒篩選的新型生化分析儀器研製提供技術支持。

據悉，該成果已被《應用物理評論》雜誌推薦為「研究亮點」和「特色研究」，並受到國內外同行的廣泛關注。

《中國科學報》 (2014-06-16 第1版 要聞)