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”研究連續取得重大突破。團隊三項科技成果達到世界領先水平，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世紀產值最大的高技術產業”，其原理是在一塊極小材料上放置生物樣品，由計算機分析數據結果。生物芯片可對基因、配體、抗原等活性物質快速測試分析，將為生命科學、個性化醫療、化學、軍事等領域帶來重大影響，擁有巨大商業潛力。

制造生物芯片，需要將蛋白質或DNA等活性物質形成“微液滴”放置在極小的區域上。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團隊成功研發“高頻超聲波制備微液滴”技術，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。這種新技術不僅降低了成本，還避免了現有技術針尖易磨損、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，可以對細胞或微小顆粒進行操控。由于其低能耗、小型化等優勢，聲鑷正成為手術醫療、生物制藥等領域的“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亟待突破的瓶頸。

天大微機電系統團隊將高頻超聲波器件與微流控芯片結合，掌握了全新的粒子操縱技術——“聲流體鑷”。與傳統聲鑷相比，“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，為生物醫學研究、疾病早期診斷等領域提供了更有效、更精確、生物兼容性更好的工具。相關研究成果已作為封面文章發表于工程領域世界一流期刊《粒子及粒子系統表征》。

癌癥檢測迎來“革命性突破”

現代臨床醫學發展對分子檢測技術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，用傳統方法很難檢測到，這成為了人類戰勝癌癥的“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，實現了在極低濃度下的高靈敏檢測。該技術具有良好的生物兼容性，易于與現有的生物傳感器集成使用，為基礎研究、疾病診斷、藥物開發等領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域的“革命性突破”。相關研究成果已作為封面文章發表于化學領域世界頂級期刊《美國化學學會中心科學》，團隊關于聲流體操縱的理論研究則發表在物理領域世界頂級期刊《物理應用綜述》。

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