声波悬浮在多个物体上 非接触式医疗程序的未来技术
外科医生不会像20世纪60年代的Sci-Fi,Fantastic Voyage一样被缩小并被送入体内,但可以编写一系列专门的迷你音箱来创建一个错综复杂的声场,在'声学镊子中'陷阱'并操纵选定的物体'用于组织内的操作。
布里斯托大学机械工程系Bruce Drinkwater教授和他的同事西班牙Universidad Publica De Navarra的Asier Marzo博士推动声学镊子的发展,正在推动这项技术走向这个充满未来感的现实。该团队最近的发展,于12月17日发表在美国国家科学院院刊(PNAS)上,首次同时展示了声学悬浮和多个物体的操纵。
Drinkwater教授设想该系统的迭代最终用于声学上内伤或将药物输送到目标器官。他说:“现在我们拥有更多的多功能性 - 多对手可以移动物体并执行复杂的程序,它开辟了前所未有的可能性。”
声音产生很小的声力,并且通过调高超声波的音量,太高的音调让人类听不到,科学家创造了一个强大的声场来移动小物体。现在,Drinkwater教授和Marzo博士已经能够高效地生成足够复杂的声场,以便在目标位置捕获多个物体。
Marzo博士解释说:“我们应用了一种控制256个小型扬声器阵列的新算法 - 这使我们能够创建复杂的,类似镊子的声场。”
声学镊子具有与光学镊子相似的能力,这是2018年诺贝尔奖获得者,它使用激光来捕获和传输微粒子。然而,当涉及在人体组织内操作时,声学镊子具有优于光学系统的优势。
激光仅通过透明介质传播,使其难以用于生物组织内的应用。另一方面,超声波常规用于妊娠扫描和肾结石治疗,因为它可以安全地和非侵入地穿透生物组织。
另一个优点是声学设备的功率效率是光学系统的100,000倍。Drinkwater教授解释说:“光学镊子是一种奇妙的技术,但总是危险地接近杀死被移动的细胞,声学我们正在应用相同的力量,但能量相关的能量更少。有许多应用需要细胞操作和声学系统非常适合他们。“
为了证明其系统的准确性,科学家们将两毫米聚苯乙烯球体连接到一根线上,并用声学镊子将线缝“缝”成一块织物。该系统还可以同时控制空气中多达25个这些球体的3D运动。
该团队相信,相同的方法可以在大约一年内适应水中粒子操作。他们希望不久之后,它可以适用于生物组织。
Marzo博士解释说:“超声波的灵活性将使我们能够在微米尺度上操作,将细胞定位在3D打印组件或活组织内。或者在更大范围内,悬浮在空中形成物理全息图的有形像素。 “
该项目由英国工程和物理科学研究委员会(EPSRC)资助。