一颗芝麻粒大的谐振器能把液体缩小到“一滴水的十亿分之一”、一把“声波镊子”能精准操控细胞和微纳米颗粒、一种新技术能够“吸引”分子聚集，提升癌症抗原浓度十万倍......近日，天津大学微机电系统团队在胡小唐教授、庞慰教授、段学欣教授指导下，围绕“高频超声波器件”研究连续取得重大突破。团队三项科技成果达到世界领先水平，被国际一流期刊选为封面文章重点推介，未来应用有望造福人类生命健康。
高效低成本制造“微液滴”
生物芯片被预言为“21世纪产值最大的高技术产业”，其原理是在一块极小材料上放置生物样品，由计算机分析数据结果。生物芯片可对基因、配体、抗原等活性物质快速测试分析，将为生命科学、个性化医疗、化学、军事等领域带来重大影响，拥有巨大商业潜力。
制造生物芯片，需要将蛋白质或DNA等活性物质形成“微液滴”放置在极小的区域上。液滴在生活中随处可见，而制造生物芯片所要求的“微液滴”尺寸极小，甚至与人类细胞相当。传统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”，是全球科学家长期以来攻坚的难点。
天津大学微机电系统团队成功研发“高频超声波制备微液滴”技术，使用一枚不及芝麻粒大的“高频超声波谐振器”作用于液体表面，形成稳定的“液体尖峰”。当尖峰顶部接触到平面基底，微量的液体就会被吸附到基底表面，形成微液滴。这种新技术不仅降低了成本，还避免了现有技术针尖易磨损、喷嘴易堵塞等问题。
“声流体镊”突破极限”
“声镊”顾名思义，是一种“以声波能量为镊”的操作系统，可以对细胞或微小颗粒进行操控。由于其低能耗、小型化等优势，声镊正成为手术医疗、生物制药等领域的“利器”。目前，如何精准控制微纳米尺度的物体成为了声镊技术亟待突破的瓶颈。
天大微机电系统团队将高频超声波器件与微流控芯片结合，掌握了全新的粒子操纵技术——“声流体镊”。与传统声镊相比，“声流体镊”体积更小，操控更为精细精准，不仅可以操控细胞，甚至能够分选移动、精确控制、裂解细胞，为生物医学研究、疾病早期诊断等领域提供了更有效、更精确、生物兼容性更好的工具。相关研究成果已作为封面文章发表于工程领域世界一流期刊《粒子及粒子系统表征》。
癌症检测迎来“革命性突破”
现代临床医学发展对分子检测技术提出了越来越高的要求。以癌症早期检测为例，该检测主要以癌症抗原为对象，癌症抗原是能引起免疫反应的大分子，而诸如前列腺癌等多种癌症的抗原分子浓度极低，用传统方法很难检测到，这成为了人类战胜癌症的“新难题”。
胡小唐团队利用高频超声波微纳机电谐振器，在液体中产生“三维声流场”和“虚拟微口袋效应”，可以在生理条件下高效地捕获和聚集生物分子，将分子局部浓度提高十万倍，实现了在极低浓度下的高灵敏检测。该技术具有良好的生物兼容性，易于与现有的生物传感器集成使用，为基础研究、疾病诊断、药物开发等领域的低浓度检测提供了全新的分析手段和思路，有望成为癌症早期检测等领域的“革命性突破”。相关研究成果已作为封面文章发表于化学领域世界顶级期刊《美国化学学会中心科学》，团队关于声流体操纵的理论研究则发表在物理领域世界顶级期刊《物理应用综述》。
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