[发明专利]一种超声声操控的方法

说明书

本发明提供了一种超声声操控的方法，包括以下步骤：对生物微粒进行处理，增加所述生物微粒的声辐射力；利用声镊装置对所述处理后的生物微粒进行超声声操控。本发明通过利用基因编辑诱导产生气囊、控制光合作用产气，吸附或吞噬微泡等手段改变生物微粒的整体密度和可压缩性，增大其与周围介质的阻抗失配，从而增大其受到的声辐射力，进一步促进对于细胞、细菌等生物微粒的精准操控。本发明提供的方法可以用于靶向给药、非侵入性手术、循环中的单细胞分析等，具有重要的声学科学意义和应用价值。

技术领域

本发明涉及声操控技术领域，具体是一种超声声操控的方法。

背景技术

2018年，光镊技术与应用获得了诺贝尔物理学奖。光镊可以高精度、非 接触、无损伤地操控细胞、分子等微粒，已经成为了一种非常重要的物理和 生物医学研究工具。光镊的获奖也推动了全世界对于声镊技术的研究热情。 与光镊类似，声镊也可实现在微粒上施加声辐射力来进行操控。对比光镊， 声镊在辐射力大小、作用介质的范围及穿透深度等方面具有巨大的优势。首 先，声镊在单位输入能量下的辐射力远大于光镊。由于辐射力与波速成反比， 因此，相同强度下，声镊具有更大的辐射力，可以实现更低能量下捕捉更大 的微粒(如厘米尺度的微粒)，并减少烧蚀损伤微粒的风险。其次，声镊对 于介质的光透明度没有要求，可以在空气、水中、甚至在活体等各种介质中 应用，而光镊是不能在非透明介质中完成的。最后，声波具有比光波更强大 的穿透能力，可以穿过复杂介质，实现大深度的操控。这些优势使得声镊在 生物医学、物理研究等领域可能成为比光镊更加强大的应用工具。

对生物粒子(如细胞、细菌和外泌体等)的操控在广泛的生物医学应用中具 有重要意义。由于非侵入，非接触和生物相容等特点，利用声镊操控细胞等 生物粒子具有广泛的应用前景。目前，声镊已经完成了捕获、排布、聚集、 运输、分离和分类细胞等操作。当微粒浸入声场中时，声波与微粒的动量传 递会施加给粒子声辐射力，从而促成对微粒进行精准的操控。在声场中，微 粒受到的声辐射力大小与其体积(∝R³，R为粒子半径)、密度和可压缩性有 关。同时，由于声波在液体中的耗散、边界层的影响等，超声会引起液体的 流动，形成声流。而声流中的微粒也会受到流体对其的拖曳力，即斯托克斯 阻力，其大小与微粒的半径(∝R)，液体的粘性、粒子的相对速度等有关。 对于大尺寸(R1)的物体，其受到的斯托克斯阻力影响不大，运动状态主 要由声辐射力决定。由于然而对于大部分细胞、细菌等生物粒子，其粒子的 尺寸(R1)，其受到的声辐射力较小，其在液体中的运动状态由声辐射力 和斯托克斯阻力共同决定。另外，由于声流的存在，微粒有沿着声流线运动 的趋势，从而难以完成精确地对微粒进行操控。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种超声声操控的本发 明提供的方法能够增加超声声操控的敏感性，实现对生物微粒的精准操控。

本发明提供了一种超声声操控的方法，包括以下步骤：

对生物微粒进行处理，增加所述生物微粒的声辐射力；

利用声镊装置对所述处理后的生物微粒进行超声声操控。

在一个实施例中，所述生物微粒为具有光合作用的细胞、细菌或藻类， 通过通过调节光照、调节培养基中二氧化碳含量、调节培养基的温度、调节 培养基中的水分含量或调节培养基中的矿物质含量中的一种或多种手段促进 所述生物微粒的光合作用，增加所述生物微粒的声辐射力。

在一个实施例中，所述生物微粒为莱茵衣藻。

在一个实施例中，所述生物微粒为细胞或细菌，通过基因编辑的方式在 细胞或细菌内产生气体囊泡结构，增加所述生物微粒的声辐射力。

在一个实施例中，所述生物微粒为细胞膜上有Piezo-1高度表达的细胞或 细菌，通过吸附靶向微泡增加所述生物微粒的声辐射力。

在一个实施例中，所述生物微粒为具有吞噬作用的细胞，通过吞噬微泡 增加所述生物微粒的声辐射力。