天津大学提出立体声流技术，将尺寸提升30nm，为纳米颗粒拓宽应用( 二 ) 他叫杨洋

声流控技术是一种理想的解决方案，该技术通过结合声镊技术和微流控技术，在微尺度的流道中引入声波，来实现对颗粒物和流体的驱动。
在技术原理上其类似于光镊技术，即用声代替光去“抓”“移动”和“推”目标。相比于光，声在可集成性、驱动效率和生物兼容性上有明显优势。
同时，相比于复杂的光路和昂贵的光源，声波器件往往只需电学激励即可驱动。并且得益于与集成电路相兼容的加工工艺，其大规模加工难度较低，封装尺寸往往能做到毫米甚至微米水平。
研究中，该团队采用的固体状配型薄膜体声波谐振器的尺寸处于百微米水平，非常适合与微流控技术集成。在驱动效率上，声波的波速远低于光波，这使得同样的功率下能引发的声波辐射力远高于光辐射力。
此外，在生物兼容性上，声波作为一种非接触的操控手段，其作用力本身是均匀温和的，已在单细胞操控领域应用多年，并已作为聚焦技术被用于商品化流式细胞仪当中。
但是，面对生命科学中复杂的操控需求和纳米尺寸的颗粒物，经典的声流控技术无法实现多模式操控和纳米级操控能力。

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（来源：资料图）
针对操控模式和操控能力这两大瓶颈，杨洋和所在的天津大学精密仪器与光电子工程学院教授段学欣课题组（tjumbios.com）开发出了立体声流技术。与依靠声波驱动的经典声流控技术不同的是，该技术通过强化声流体效应在微尺度内、引发三维分布的声流体涡旋来实现操控。
通过对于微流道的设计，该团队将声流体涡旋的尺寸限制在微米量级，并且涡旋之间可以相互连接形成一对虚拟的隧道。这时，粒子会被聚焦至隧道中心，并会在侧向流的作用下向下游移动。

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（来源：资料图）
声流体涡旋与微流控侧向流体的配合，一方面丰富了声波单一的驱动模式，为操控带来了更多可能性。在单器件上也可实现对单细胞的旋转、捕获、筛分、染色等多模式操控[1] 。
另一方面，它也能弥补声流控技术对纳米级尺寸颗粒操控能力的不足，将操控的极限尺寸提高至30nm[2] 。
相关论文于2022年先后发表在Microsystems&Nanoengineering和ScienceAdvances上。杨洋担任第一作者，其导师段学欣担任通讯作者。

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图|段学欣（来源：段学欣课题组主页）
审稿人评价称，该技术拥有极好的性能，为声波操控技术在生物样品预处理中的应用提供了一个良好范式。同时，也指出了初稿在机理解释和作图表达直观程度上的不足。
为此，课题组补充了更多的机理讨论和仿真展示，来说明立体声流与各种边界条件之间的关系和粒子在虚拟通道中的运动过程。杨洋表示：“这部分修改对不同学科背景的研究者了解我们的技术是十分重要的。 ”

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（来源：资料图）

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注定是一场科研“马拉松”
事实上，从2015年决定从器件底层设计出发进行技术开发，就注定了该技术的研发是一场“马拉松” 。在正式立项之前，他们经历了两年之久的技术探索期。