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    滚动:深圳先进院在基于多维复杂声场的声镊方面取得系列进展

      近日,中国科学院深圳进步手段研究院医工所劳特伯影像中间郑海荣课题组在基于人工周期结构的庞大声场操控微流体方面取得系列但愿,在期刊Applied Physics LettersJournal of Applied Physics 连续公布文章:《声子晶体增加近界限举动用于声孔效应的研究》(Phononic Crystal-enhanced Near-boundary Streaming for Sonoporation, Applied Physics Letters, 2018, 113, 083701),(Front Cover, Featured, Breaking Research);《声子晶体操控微颗粒快速声泳活动的研究》(Rapid acoustophoretic motion of microparticles manipulated by phononic crystals, Applied Physics Letters, 2018, 113, 173503;《双声子晶体板亚波长狭缝结构中的超快速类Rayleigh流动的研究》(Ultrafast Rayleigh-like streaming in a sub-wavelength slit between two phononic crystal plates, Journal of Applied Physics, 2019, 125, 134903。副研究员李飞为文章第一作者,研究员郑海荣和蔡飞燕为文章通讯作者。

      使用光、声场计划举行非交兵的操控具有复杂科研和应用价格,光镊操控手段获2018年诺贝尔物理学奖。声镊大要声操控妙技是使用声场中的颗粒对声波孕育的反射、折射、吸收等效应引起的动量在声波与颗粒之间交换,通过颗粒受到的力的感化对其举行操控。声波操控在操控隔断、穿透生物体和操控通量方面具有特别上风。

      声子晶体(人工周期构造)是具有声子带隙的人造周期弹性介质结构。使用声波在差异周期构造材料中的流传规律,以及差异材料的组元及其布局对能带构造及带隙的调控机制,或许准确打算优化声子晶体对多维复杂声场形态进行调制,从而节制声波的撒布和漫衍。在前期研究中,研究团队使用声子晶体在声场形态调控方面的优秀特征,初次提出“声筛观点(Physical Review Applied, 2014, 1, 051001, Highlights, Featured in Physics, Applied Physics Letters, 2011, 99, 253505),通过打算制造的声子晶体板共振引发强梯度周期声场,孕育高度局域化的声辐射力,实现了对亚波长大量微纳米颗粒的批量操控和筛选。

      受前期“声筛”研究的启发,课题组进一步假想过程特定规划的声子晶体操控复杂声场形态以实现对微流场构造的定量调控。研究职员基于声子晶体单板或许双板耦合共振发生的周期局域声场,在理论和实验中证明了声子晶体调制声场对近界线和空间多维微涡旋流场天真调控的可行性:研究团队通过显明革新沿细胞边界的切向声场梯度,加强了近界限微涡旋流场剪切力,实现了大局限细胞的可修复声孔效应;剖析了颗粒在声子晶体调制声场中快速声泳活动的机制,证实了跟着颗粒尺寸的加强,声泳活动从声流拽力主导过渡至声辐射力主导;体系研究了双声子晶体板共振模式对微涡旋流场的影响,发现反相耦合模式孕育的强局域声场诱发了一种超快速类Rayleigh流,其与经典Rayleigh流的流场布局相似,但最大速度却高4个数量级,且具有更小的涡旋尺寸。

      该系列工作可为发展基于声子晶体的新型微流体器件提供理论根本和妙技支撑,在快速混淆、细胞/颗粒筛选、药物输运、基因转染、神经刺激、细胞操控等生物医学应用方面具有主要应用前景。

      该研究工作与广州医科大学、广东工业大学以及美国佛蒙特大学、华盛顿大学等单位研究职员合作完成,得到国度天然科学基金委面上、重点基金等的资助。

        图1aApplied Physics Letters期刊封面;(b)颗粒在声子晶体调制声场中的声泳运动透露图和计较获得的差异尺寸颗粒的活动轨迹;(c)双声子晶体板亚波长狭缝中的声压场p1、声质点速率场u1和超快速类Rayleigh流场u2 

     

    a)高功率下的声流微涡旋            (b)低功率下的声流微涡旋 

    2 声子晶体调制声场诱发的声流微涡旋 

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