阴影波导投射复杂的声学模式来控制粒子

北卡罗来纳州达勒姆——杜克大学的工程师设计了一种新方法，可以利用声波以复杂的方式操纵悬浮在液体中的微小颗粒。该技术被称为“阴影波导”，仅使用两个声源在腔室内创建一个紧密受限的空间复杂声场，而无需任何内部结构。该技术为快速发展的声镊平台提供了一套新的功能，该平台在化学反应控制、微型机器人、药物输送以及细胞和组织工程等领域具有应用。

该研究于 8 月 18 日在线发表在《科学进展》杂志上。

声学镊子是一种新兴技术，它使用声波来操纵悬浮在液体中的小颗粒。由于没有物理物体接触颗粒，因此该技术温和、不存在生物相容性问题且不需要标签，使其成为处理精细生物分子的诱人选择。

在生物医学领域，声学镊子可以捕获、旋转和移动粒子或生物体，以进行检查、分类或其他应用。他们可以将某些试剂和化学品分开，然后让它们以精确的量混合以控制反应。该技术还提供了一种在使用多种技术将不同材料固定到位以创建新型材料之前对不同材料进行图案化的途径。

尽管具有所有潜力，但该技术确实有其局限性。大多数当前设置使用多个声源放置在充满液体的腔室周围，这些声源会形成棋盘格图案的区域，这些区域可以彼此同步捕获和移动粒子。这使得很难独立地或通过复杂的模式操纵粒子。后者可以通过在腔室内包含固体通道结构来实现，但这会损坏精细颗粒并限制样品通过系统移动的速度。

为了克服这些限制，杜克大学的 William H. Younger 工程杰出教授 Steve Cummer 转向了受超材料启发的想法。超材料是由许多单独的工程特征组成的合成材料，这些特征共同产生了自然界中没有的特性。

“我们想将声波能量注入腔室，并使用腔室外部的结构来控制内部声波的形状，”Cummer 说。“结果有点像声音的光纤，它塑造声音传播并有意将其一些能量泄漏到腔室中——一种声音阴影——以通过虚拟通道控制内部的粒子。”

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