用“声镊”准确移动声波阵列的物体，为非侵入性靶向药物输送开辟新途径

科技日报记者 张佳欣

根据最新一期《自然物理》杂志的报道，包括瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）国际研究团队利用声波，成功地引导水上物体绕过障碍物。这是一种创新的生物医学应用方法，例如非侵入性靶向药物输送。这是一种创新的生物医学应用方法，例如非侵入性靶向药物输送。

使用声波移动物体(视频截图)。红点为静态散射器，绿圈为移动目标，黄色S曲线为移动路径。

图片来源：瑞士洛桑联邦理工学院

阿瑟·阿斯金在2018年获得诺贝尔物理学奖，因为它发明了“光镊”，这是一种可以操纵微粒的激光束。EPFL工程学院波浪工程实验室负责人罗曼·弗勒里说，“光镊子”的工作原理是创造一个光“热点”来捕捉粒子，就像一个球掉进洞里一样。但是如果附近还有其它物体，这个洞就很难形成和移动。

研究人员在实验中使用了一种叫做波动量造型的方法（wave momentum shaping）技术上，只要确定物体的位置，就可以通过声波来控制，就像一个“声镊”。它们不是捕捉物体，而是轻轻地推动物体。就像用冰球杆引导冰球一样，研究人员用声波引导漂浮的乒乓球绕过水上赛道设置的障碍。

乒乓球漂浮在一个大水箱里，它们的位置由上面的相机决定。扬声器阵列在水箱两端发出可听的声波，引导乒乓球沿预定路径移动，同时利用麦克风阵列的“监控”反馈，称为散射矩阵。该散射矩阵与相机位置数据相结合，使研究者能够实时计算出推动乒乓球时声波的最佳动量。

弗勒里说，这种方法不仅可以用来移动球形物体，还可以用来控制旋转和移动更复杂的物体，基于动量守恒原理。

研究小组还将障碍物设置为移动，以增加系统的不确定性，结果表明，该技术也能起到很好的作用。

研究人员表示，声波是生物医学应用中无害的非侵入性工具。例如，声波有助于在体内特定位置释放药物，因此新技术对直接将药物推向肿瘤特别有吸引力。另外，在生物分析或组织工程的应用中，该技术可利用超声移动细胞，减少接触细胞造成的损伤或污染。