声波阵列用“声镊”精准移动物体，为非侵入性输送靶向药开辟新途径

科技日报记者 张佳欣

据最新一期《自然·物理》杂志报道，包括瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）在内的国际研究团队利用声波，成功引导水上物体绕过障碍物。这种创新性方法为生物医学应用，如非侵入性靶向药物输送开辟了新途径。

利用声波移动物体（视频截图）。红色点为静态散射器，绿圈内为移动目标，黄色S曲线为移动路径。
图片来源：瑞士洛桑联邦理工学院

2018年，阿瑟·阿斯金因发明了“光镊”而获得诺贝尔物理学奖，这是一种可操纵微观粒子的激光束。EPFL工程学院波浪工程实验室负责人罗曼·弗勒里表示，“光镊”的工作原理是创造一个光“热点”来捕获粒子，就像一个球掉进洞里那样。但如果附近有其他物体，这个洞就很难形成和移动。

在实验中，研究人员使用一种名为波动量造形（wave momentum shaping）的技术，只需要确定物体位置，就能通过声波对其进行操控，就像一种“声镊”。他们不是捕捉物体，而是轻轻推动物体，就像用冰球杆引导冰球那样，研究人员用声波来引导漂浮的乒乓球绕过水上赛道中设置的障碍。

乒乓球漂浮在一个大水箱中，通过上方相机确定它们的位置。水箱两端的扬声器阵列发出可听见的声波，引导乒乓球沿预定路径移动，同时利用麦克风阵列“监听”反馈，称为散射矩阵。这个散射矩阵与相机的位置数据相结合，使研究人员能实时计算声波在推动乒乓球时的最佳动量。

弗勒里表示，这种方法基于动量守恒原理，不仅可用于移动球形物体，还可以用于控制旋转、移动更复杂的物体。

研究团队还将障碍物设为移动的，以增加系统的不确定性，结果显示，这种技术也能发挥良好的作用。

研究人员表示，在生物医学应用中，声波是一种无害的非侵入性工具，比如用声波来帮助在体内特定位置释放药物，因此新技术对于将药物直接推向肿瘤特别有吸引力。此外，在生物分析或组织工程应用中，这种技术可以用超声波移动细胞，减少因触碰细胞造成的损害或污染。