聲波鑷子是利用聲波動量傳遞產(chǎn)生的聲波輻射力(ARF)，是對粒子和細(xì)胞進(jìn)行非接觸式操縱的強(qiáng)大工具。它們在顯示技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)傳感器、成像設(shè)備、診斷等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。雖然駐波或聲束已經(jīng)被用來捕獲顆粒，但需要一個巨大的相控陣或位移平臺來移動波相或移動聲源，以進(jìn)行動態(tài)操縱，這需要時變的聲場，新研究成果現(xiàn)已發(fā)表在《應(yīng)用物理評論》期刊上。

目前，如何用一種簡單、靈活、低成本、一次性的方法在微小的微通道中實現(xiàn)動態(tài)操縱仍然是一個挑戰(zhàn)。中國科學(xué)院深圳高級技術(shù)研究所(SIAT)的鄭海榮教授領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組，通過在微觀尺度上集成聲流體學(xué)、物理學(xué)和聲子晶體的制造，解決了對微通道中粒子和細(xì)胞的全面、動態(tài)操縱的挑戰(zhàn)。在本研究中，位于微通道中的聲子晶片(PCP)由化學(xué)刻蝕而成，產(chǎn)生可調(diào)諧的時變聲場，產(chǎn)生可實時調(diào)節(jié)的各向同性可逆聲波輻射力。

聲波輻射力起源于入射聲波與聲子晶片中兩個不同模式共振激發(fā)的相互作用。這些特定模式可以通過簡單地改變驅(qū)動頻率來靈活地切換，頻率的這種變化分別產(chǎn)生了高度局域化的聲場和漏磁場，前者產(chǎn)生負(fù)的聲波輻射力以捕獲粒子，后者則導(dǎo)致正的聲波輻射力使粒子懸浮。與用于聲子晶片位置的偏移聲源設(shè)置相結(jié)合，由沿通道的場梯度引起的輻射力，可以進(jìn)一步沿著某一預(yù)定軌跡（例如基于直線和弧線的直線、折線、弧線或環(huán)線）向源輸送懸浮的微粒或細(xì)胞。

通過切換頻率以改變聲子晶片的諧振模式以及通過在聲子晶片上設(shè)計圖案以構(gòu)建路線，實現(xiàn)了沿通道中預(yù)定路徑的粒子和細(xì)胞的任意走走停停運動，即捕獲和傳輸。通過在微流控設(shè)備中使用聲子晶體或超材料仔細(xì)設(shè)計和設(shè)計聲場，可以在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中以可調(diào)和多功能的方式對各種材料、粒子、細(xì)胞和生物體進(jìn)行聲學(xué)操作。在各種應(yīng)用中，使用可實時調(diào)諧和調(diào)整的聲輻射力對粒子和細(xì)胞進(jìn)行非接觸式操縱已變得非常重要。

這些應(yīng)用包括顯示技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)傳感器、成像設(shè)備和診斷工具。聲子晶體具有許多特性，可用于微流控通道中的可調(diào)諧操作。研究使用聲子晶體來調(diào)節(jié)微流控通道中的聲場，以實現(xiàn)對微粒和細(xì)胞的可控操縱。分析和計算模型揭示了聲子晶體的共振，是如何調(diào)整聲子晶體的聲場和輻射力來實現(xiàn)所需的操作。微流控通道中粒子動態(tài)操縱的這些概念和實現(xiàn)推動了用于動態(tài)聲操縱技術(shù)的微流控通道發(fā)展，尤其有利于可調(diào)諧細(xì)胞分析。