科學(xué)家首次用聲波同時(shí)操縱多件物體

用聲波“隔空移物”又有了重要進(jìn)展。歐洲研究人員借助微型揚(yáng)聲器和一種新算法制造出聲場(chǎng)，首次實(shí)現(xiàn)用聲波同時(shí)操縱多件物體。這意味著在不太遙遠(yuǎn)的未來，醫(yī)生也許能在完全不接觸患者的情況下實(shí)施一系列手術(shù)。

英國(guó)布里斯托爾大學(xué)與西班牙納瓦拉公立大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員合作，利用這種新算法控制由256個(gè)微型揚(yáng)聲器組成的陣列，所產(chǎn)生的聲場(chǎng)可通過超聲波“捕獲”并同時(shí)移動(dòng)多件物體，使它們懸浮于指定位置。研究人員將這項(xiàng)技術(shù)稱為“聲鑷”，相關(guān)論文發(fā)表在美國(guó)《國(guó)家科學(xué)院學(xué)報(bào)》上。

為驗(yàn)證“聲鑷”系統(tǒng)的精確度，研究人員把兩個(gè)毫米級(jí)聚苯乙烯球附著到一根線的兩頭，然后用“聲鑷”成功把這根線“縫”到一塊布上。實(shí)驗(yàn)還顯示，這個(gè)系統(tǒng)能同時(shí)控制多達(dá)25個(gè)毫米級(jí)聚苯乙烯球在空氣中的三維運(yùn)動(dòng)。

研究人員認(rèn)為，“聲鑷”技術(shù)有望用來在微米尺度操縱細(xì)胞，把它們置于3D打印組件或活體組織的指定位置。未來，該技術(shù)將在醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，比如可縫合身體內(nèi)部傷口、把藥物送達(dá)目標(biāo)器官等。

美國(guó)科學(xué)家阿瑟?阿什金憑借發(fā)明“光鑷”技術(shù)獲得2018年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，其原理是利用激光束操縱和移動(dòng)微小物體，例如可以“夾住”原子、病毒以及活細(xì)胞等。

研究人員說，“聲鑷”有著與“光鑷”類似的能力，但“聲鑷”在人體組織內(nèi)部的相關(guān)操作方面比“光鑷”更具優(yōu)勢(shì)。首先，激光只能穿過透明介質(zhì)，這局限了它在生物組織里的應(yīng)用，而超聲可無傷害地穿透人體組織，已被用于孕期例行檢查及腎結(jié)石等疾病的治療；其次，“光鑷”在操控細(xì)胞時(shí)有把細(xì)胞殺死的風(fēng)險(xiǎn)，而“聲鑷”在達(dá)到同樣的操控目的時(shí)所用能量小得多，操控活細(xì)胞的應(yīng)用需求很多，“聲鑷”工具是“最適合做這個(gè)的”。