声波镊子对粒子施加压力

在这个视频中没有物理结构。引导粒子穿过液体的“壁”实际上是一种名为阴影波导的新技术产生的声波的复杂组合。图源:杜克大学李俊飞

“阴影波导”听起来像是科幻电影里的东西，但它实际上是工程师们发明的一种用声音操纵物质的技术。

美国杜克大学的研究人员刚刚提出了一种新型的声镊子它利用声波在不接触小物体的情况下移动小物体。它们的应用范围从微型机器人到药物输送到生物医学科学(例如针对肿瘤或执行手术）.

这种新方法采用复杂的声学模式来控制悬浮在液体中的微小颗粒。作为德年代订阅了一篇论文中科学的进步在美国，该团队使用了两个声源在一个室内创造了一个严格限制的声场，并让粒子通过它。

先前的技术已经证明，声波镊子可以捕捉、旋转和移动各种颗粒。但也有局限性——目前的装置经常使用多个声源，这些声源会相互同步地影响粒子。通过在腔室中建立固体通道结构，可以独立地操纵粒子，但这可能会破坏粒子并减缓它们的运动。

这种新的阴影波导技术可以影响单个粒子，而不需要任何内部结构。

来自杜克大学的合著者Steve Cummer解释说:“我们想要将声波能量注入到腔室中，并使用腔室外的结构来控制内部声波的形状。”

“其结果有点像声音的光纤，它可以塑造声音的传播，并有意地将一些能量泄漏到腔室中——一种声影——以虚拟通道控制内部的粒子。”

阴影波导是由3d打印的模具制作的，模具中填充了聚二甲基硅氧烷(PDMS)，这是一种内置了空气通道的硅胶。这些通道决定了声波进入腔室的位置和方式，从而决定了如何控制粒子。导模留在腔室外，但PDMS具有与水非常相似的特性，允许声波轻易地从导模传播到腔室。

利用这种设置，研究小组在腔室的两端放置了两个声源，并用它们在腔室中移动粒子，展示了沿着复杂路径精确控制的速度。

下一步:灵活性。

“声学设备很难重新配置，但我们很想找到一种方法，因为这将大大提高这项技术的可用性，”同样来自杜克大学的合著者Junfei Li说。

“目前，我们正在寻找具体的挑战，我们可以调整这些阴影波导来解决，将其从概念证明演示转移到更复杂的应用。”