麻省理工学院，宾夕法尼亚州立大学和卡内基·梅隆大学的工程师们设计了一个利用声波来操纵细胞在三个维度移动的新方法。研究人员说，这种“声波镊子”可以在组织工程和其他工程应用中使细胞结构的3D打印成为可能。

在治疗人类疾病时，往往需要组织植入物。这些组织植入物的设计需要精确地重现天然组织结构。但到目前为止，很难找到一个单一的方法，既能重现天然组织结构同时保持细胞存活可用以及功能正常。

“本文展示的结果提供了一个独特的途径，能在三维空间中准确操纵生物细胞，同时不需要任何侵入性的接触，标注，或生化标记。”卡内基·梅隆大学的校长和麻省理工学院前院长Subra Suresh表示。 “这种细胞控制方法会在再生医学，神经科学，组织工程，生物制造和癌症转移等研究和应用领域带来新的可能性。”

Suresh, Ming Dao，MIT材料科学与工程学院的首席研究科学家，和Tony Jun Huang，宾夕法尼亚州立大学工程科学和机械学院教授，是这篇文章的高级作者，该文章发表在1月25日的Proceedings of the National Academy of Sciences。

该论文的第一作者是宾夕法尼亚州立大学的研究生冯国。

通过改变声波功率实现三维操控

新的“声学镊子”是基于该研究者先前开发的微流体装置，该微流体装置能在二维空间操纵细胞移动。该微流体装置产生两个声学驻波，驻波具有恒定的高度。当两个驻波相遇，他们会产生“压力点”，这个压力点就可以捕获单个细胞。通过改变波长和相位，研究人员可以移动这个“压力点”和其捕获的单个细胞。

该研究小组先前使用类似的方法来从健康细胞分离癌细胞，该技术也可以用来在患者的血液中检测罕见的肿瘤细胞和预测肿瘤是否会蔓延。

粒子周围的声场的数值模拟结果，显示了三维声波镊子的物理工作原理。在微流体室中的3D节点由两个叠加的正交的表面声波以及并且诱导的声流俘获。

在新的研究中，研究人员增加了控制的第三个维度：一旦细胞被捕获在一个水平面上，通过改变声波的功率（即声能量发射的速率），它们可以被上下移动。提高功率能使研究人员将细胞从“声悬浮”平面向上移动到特定的位置。

研究人员还推导出了控制方程，这能使他们准确地预测到改变波长，相位和功率之后，细胞的位置将如何变化。

三维”声波镊子“将在很多领域应用

在这项研究中，研究人员展示了他们的”声波镊子“装置能在聚苯乙烯颗粒和小鼠成纤维细胞上成功应用。他们能够一次移动一个细胞到特定表面上的特定位置上。他们也可以将细胞进行垂直堆叠。

“这是一个在流体中三维操纵颗粒和单细胞的非常创新的方法，”Taher Saif，伊利诺伊大学香槟分校机械科学与工程学院的教授。 “该方法是无创的，这样细胞能维持其生存能力。总体而言，从生物学家做生物工程师，很多行业的研究人员都将会对该方法感兴趣。“
研究人员已经申请了该技术的专利，并计划继续开发其用于组织工程和其他工程应用。

消息链接：

Acoustic tweezers manipulate cells with sound waves

文章链接：

Three-dimensional manipulation of single cells using surface acoustic waves

（本文由e科网翻译整理）

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