一顆芝麻粒大的諧振器能把液體縮小到“一滴水的十億分之一”、一把“聲波鑷子”能精準操控細胞和微納米顆粒、一種新技術(shù)能夠“吸引”分子聚集，提升癌癥抗原濃度十萬倍......近日，天津大學微機電系統(tǒng)團隊在胡小唐教授、龐慰教授、段學欣教授指導下，圍繞“高頻超聲波器件”研究連續(xù)取得重大突破。團隊三項科技成果達到世界領(lǐng)先水平，被國際一流期刊選為封面文章重點推介，未來應用有望造福人類生命健康。

高效低成本制造“微液滴”

生物芯片被預言為“21世紀產(chǎn)值最大的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)”，其原理是在一塊極小材料上放置生物樣品，由計算機分析數(shù)據(jù)結(jié)果。生物芯片可對基因、配體、抗原等活性物質(zhì)快速測試分析，將為生命科學、個性化醫(yī)療、化學、軍事等領(lǐng)域帶來重大影響，擁有巨大商業(yè)潛力。

制造生物芯片，需要將蛋白質(zhì)或DNA等活性物質(zhì)形成“微液滴”放置在極小的區(qū)域上。液滴在生活中隨處可見，而制造生物芯片所要求的“微液滴”尺寸極小，甚至與人類細胞相當。傳統(tǒng)的微液滴制造方法成本高、兼容性差，如何快速高效地制造“微液滴”，是全球科學家長期以來攻堅的難點。

天津大學微機電系統(tǒng)團隊成功研發(fā)“高頻超聲波制備微液滴”技術(shù)，使用一枚不及芝麻粒大的“高頻超聲波諧振器”作用于液體表面，形成穩(wěn)定的“液體尖峰”。當尖峰頂部接觸到平面基底，微量的液體就會被吸附到基底表面，形成微液滴。這種新技術(shù)不僅降低了成本，還避免了現(xiàn)有技術(shù)針尖易磨損、噴嘴易堵塞等問題。

“聲流體鑷”突破極限”

“聲鑷”顧名思義，是一種“以聲波能量為鑷”的操作系統(tǒng)，可以對細胞或微小顆粒進行操控。由于其低能耗、小型化等優(yōu)勢，聲鑷正成為手術(shù)醫(yī)療、生物制藥等領(lǐng)域的“利器”。目前，如何精準控制微納米尺度的物體成為了聲鑷技術(shù)亟待突破的瓶頸。

天大微機電系統(tǒng)團隊將高頻超聲波器件與微流控芯片結(jié)合，掌握了全新的粒子操縱技術(shù)——“聲流體鑷”。與傳統(tǒng)聲鑷相比，“聲流體鑷”體積更小，操控更為精細精準，不僅可以操控細胞，甚至能夠分選移動、精確控制、裂解細胞，為生物醫(yī)學研究、疾病早期診斷等領(lǐng)域提供了更有效、更精確、生物兼容性更好的工具。相關(guān)研究成果已作為封面文章發(fā)表于工程領(lǐng)域世界一流期刊《粒子及粒子系統(tǒng)表征》。

癌癥檢測迎來“革命性突破”

現(xiàn)代臨床醫(yī)學發(fā)展對分子檢測技術(shù)提出了越來越高的要求。以癌癥早期檢測為例，該檢測主要以癌癥抗原為對象，癌癥抗原是能引起免疫反應的大分子，而諸如前列腺癌等多種癌癥的抗原分子濃度極低，用傳統(tǒng)方法很難檢測到，這成為了人類戰(zhàn)勝癌癥的“新難題”。

胡小唐團隊利用高頻超聲波微納機電諧振器，在液體中產(chǎn)生“三維聲流場”和“虛擬微口袋效應”，可以在生理條件下高效地捕獲和聚集生物分子，將分子局部濃度提高十萬倍，實現(xiàn)了在極低濃度下的高靈敏檢測。該技術(shù)具有良好的生物兼容性，易于與現(xiàn)有的生物傳感器集成使用，為基礎(chǔ)研究、疾病診斷、藥物開發(fā)等領(lǐng)域的低濃度檢測提供了全新的分析手段和思路，有望成為癌癥早期檢測等領(lǐng)域的“革命性突破”。相關(guān)研究成果已作為封面文章發(fā)表于化學領(lǐng)域世界頂級期刊《美國化學學會中心科學》，團隊關(guān)于聲流體操縱的理論研究則發(fā)表在物理領(lǐng)域世界頂級期刊《物理應用綜述》。

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