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利用聲波操縱物體-未來的非接觸式醫療技術

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科技產業資訊室 - 謝威翔 發表於 2019年1月18日

圖、利用聲波操縱物體-未來的非接觸式醫療技術
 
英國布里斯托大學設置一系列的迷你音箱來建立複雜的聲場,能做出聲學鑷子來操縱特定的物體,可用於生物組織內。該研究團隊PNAS上發表了他們的成果,首次實現用聲學懸浮和操作多個物體的技術。
 
聲學鑷子與光學鑷子有類似的能力,光學鑷子是使用雷射來捕獲和傳輸微粒子。然而,當在人體組織內操作時,聲學鑷子具有光學系統沒有的優勢。因為雷射僅能透過透明介質傳播,使其難以用於生物組織內的應用。另一方面,超音波可以安全地和非侵入地穿透生物組織,目前已大量應用於產檢和腎結石治療。聲波的另一個優點是功率效率是光學系統的100,000倍,光學鑷子是一種十分有用的技術,但容易殺死附近的細胞,而聲波只需要更少的能量就能應用出相同的力量,故細胞操作非常適合使用和聲波系統。
 
超音波的音調過高人類無法聽到,將其音量調大可以產生很小的聲力,研究團隊創造了一個強大的聲場來移動小物體,並使用了一種能夠控制256個小型揚聲器陣列的新演算法,目前已經能夠產生足夠複雜的聲場,以便在目標位置捕獲多個物體。為了證明其他們系統的準確性,研究團隊將2mm大的聚苯乙烯球體連接到一根線上,準備數了個同樣的球體和線,再利用聲學鑷子控制球體所有線縫成一塊織物,該系統可以同時控制多達25個球體的3D運動。
 
這種超音波十分靈活,能夠在微米尺度上操作,該團隊認為相同的方法可以在大約一年內可以在水中操作粒子。他們希望不久之後,就可以直接應用於生物組織上,最終用於聲學鑷子上將藥物輸送到目標器官。(600字;圖1)


參考資料:
Sound waves levitate multiple objects – future technology for contactless medical procedures. University of Bristol,2018/12/17
Holographic acoustic tweezers. PNAS,2018/12/17


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