杜克大學(xué)的機(jī)械工程師正在使用兩個(gè)電子“聲音”演唱和聲二重唱，以新的有價(jià)值的方式控制懸浮粒子和細(xì)胞。他們的原型設(shè)備可以由一組粒子形成和旋轉(zhuǎn)單層晶體，用給定數(shù)量的粒子創(chuàng)建任意形狀，并將成對(duì)的生物細(xì)胞一起移動(dòng)和分開數(shù)百次。
這些能力可以服務(wù)于廣泛的領(lǐng)域，例如材料科學(xué)、軟凝聚態(tài)物理、生物物理學(xué)、生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)。
例如，研究人員已經(jīng)證明，該設(shè)備可以選擇性地將兩個(gè)單獨(dú)的細(xì)胞配對(duì)并測(cè)量它們的粘附力——醫(yī)生可以利用這一壯舉來確定個(gè)體癌癥患者的治療方法。由于聲學(xué)設(shè)備的靈巧性和溫和性，研究人員將其命名為 HANDS 平臺(tái)。(用于非接觸、動(dòng)態(tài)、選擇性粒子操縱的諧波聲學(xué)。)
結(jié)果于 3 月 24 日在線發(fā)表在《自然材料》雜志上。
“多年來，成對(duì)粒子或細(xì)胞的分離一直是聲學(xué)操縱領(lǐng)域的主要目標(biāo)，”杜克大學(xué)機(jī)械工程和材料科學(xué)威廉貝文特聘教授 Tony Jun Huang 說。“我們的 HANDS 平臺(tái)是分離配對(duì)對(duì)象的第一種方法，它為生物物理學(xué)研究和藥物發(fā)現(xiàn)中廣泛需要的細(xì)胞-細(xì)胞相互作用研究提供了一種途徑。”
聲學(xué)鑷子是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，它利用聲波的各種物理現(xiàn)象輕輕地操縱懸浮在液體中的粒子或細(xì)胞，而無需接觸它們。一些示例將粒子夾在兩個(gè)聲波之間并調(diào)整波的相位或起始點(diǎn)以移動(dòng)它們。其他人通過將兩個(gè)靜態(tài)駐聲波組合在一起以將粒子分成不同的形式(例如網(wǎng)格)來創(chuàng)建模式。
現(xiàn)在，研究人員通過在裝置中引入壓電旋律和和聲，為這些設(shè)備增加了一層新的復(fù)雜性。以前的設(shè)備會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)駐波，而 HANDS 平臺(tái)原型使用函數(shù)發(fā)生器來產(chǎn)生快速變化的復(fù)雜駐波。人們可以把它想象成，而不是機(jī)器只唱一個(gè)音符，它們現(xiàn)在正在與兩位歌手一起演奏一部復(fù)雜歌劇的快速高潮和低谷。
新設(shè)備的工作原理是在一個(gè)裝滿液體的小方形腔室的每一側(cè)放置發(fā)聲換能器。這四個(gè)傳感器與它們直接對(duì)面的傳感器同步工作，形成兩對(duì)。一個(gè)在腔室中水平創(chuàng)建圖案，另一個(gè)在垂直方向創(chuàng)建圖案。這兩種復(fù)雜的、快速變化的聲波模式的相互作用創(chuàng)造了前所未有的動(dòng)態(tài)能力。
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