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……你可知道，這些神奇的技術都是借助超聲波實現？

近日，天津大學微機電系統團隊胡小唐教授、龐慰教授和段學欣教授聯手，圍繞“高頻超聲波器件”研究，取得了達到世界領先水平的三項重大突破，被國際一流期刊選為封面文章重點推介，未來有望在生物醫藥領域推廣應用，造福人類健康。

高效低成本制造蛋白質或DNA“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。

天津大學研發的“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。

“聲流體鑷子”精準操控細胞移動

“聲鑷”顧名思義，是一種“以聲波能量為鑷子”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。

天津大學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——“聲流體鑷子”。與傳統聲鑷相比，“聲流體鑷子”體積更小，操控更為精細精準。“聲流體鑷”打破了傳統聲鑷不能精準控制微納米尺度的生物體的瓶頸，它不僅可以精準地操控細胞移動，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。

他們還借助這一新成果，與微流控系統結合，開發出多種性能優異的生物化學執行器和傳感器。

將生物蛋白分子濃度提高十萬倍

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，這也成為了人類戰勝此類癌癥的“難題”之一。

天津大學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。分子聚集捕獲技術不依賴于生物分子的物理、化學屬性以及環境因素等，能夠在開放空間實現對生物蛋白分子的操縱，不僅具有良好的生物兼容性，并且易于與現有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，有望為癌癥早期檢測領域帶來“革命性突破”。（記者 孫玉松 通訊員 焦德芳）