操縱細胞的聲學(xué)鑷子可以實現(xiàn)個性化的癌癥治療

杜克大學(xué)的機械工程師正在使用兩個電子“聲音”演唱和聲二重唱，以新的有價值的方式控制懸浮粒子和細胞。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，并將成對的生物細胞一起移動和分開數(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單獨的細胞配對并測量它們的粘附力——醫(yī)生可以利用這一壯舉來確定個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。(用于非接觸、動態(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，成對粒子或細胞的分離一直是聲學(xué)操縱領(lǐng)域的主要目標，”杜克大學(xué)機械工程和材料科學(xué)威廉貝文特聘教授 Tony Jun Huang 說。“我們的 HANDS 平臺是分離配對對象的第一種方法，它為生物物理學(xué)研究和藥物發(fā)現(xiàn)中廣泛需要的細胞-細胞相互作用研究提供了一種途徑。”

聲學(xué)鑷子是一個快速發(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胞，而無需接觸它們。一些示例將粒子夾在兩個聲波之間并調(diào)整波的相位或起始點以移動它們。其他人通過將兩個靜態(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)備會產(chǎn)生靜態(tài)駐波，而 HANDS 平臺原型使用函數(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，而不是機器只唱一個音符，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。這四個傳感器與它們直接對面的傳感器同步工作，形成兩對。一個在腔室中水平創(chuàng)建圖案，另一個在垂直方向創(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)造了前所未有的動態(tài)能力。

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