[發(fā)明專利]一種超聲聲操控的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111470205.2
• 申請(qǐng)日: 2021-12-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114426964A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬騰;楊曄;嚴(yán)飛;李永川;黃繼卿;鄭海榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): C12N13/00
• 分類號(hào): C12N13/00;C12N1/00;C12M1/42;C12M1/36;C12M1/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 趙青朵

本發(fā)明提供了一種超聲聲操控的方法，包括以下步驟：對(duì)生物微粒進(jìn)行處理，增加所述生物微粒的聲輻射力；利用聲鑷裝置對(duì)所述處理后的生物微粒進(jìn)行超聲聲操控。本發(fā)明通過(guò)利用基因編輯誘導(dǎo)產(chǎn)生氣囊、控制光合作用產(chǎn)氣，吸附或吞噬微泡等手段改變生物微粒的整體密度和可壓縮性，增大其與周圍介質(zhì)的阻抗失配，從而增大其受到的聲輻射力，進(jìn)一步促進(jìn)對(duì)于細(xì)胞、細(xì)菌等生物微粒的精準(zhǔn)操控。本發(fā)明提供的方法可以用于靶向給藥、非侵入性手術(shù)、循環(huán)中的單細(xì)胞分析等，具有重要的聲學(xué)科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲操控技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種超聲聲操控的方法。

背景技術(shù)

2018年，光鑷技術(shù)與應(yīng)用獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。光鑷可以高精度、非 接觸、無(wú)損傷地操控細(xì)胞、分子等微粒，已經(jīng)成為了一種非常重要的物理和 生物醫(yī)學(xué)研究工具。光鑷的獲獎(jiǎng)也推動(dòng)了全世界對(duì)于聲鑷技術(shù)的研究熱情。 與光鑷類似，聲鑷也可實(shí)現(xiàn)在微粒上施加聲輻射力來(lái)進(jìn)行操控。對(duì)比光鑷， 聲鑷在輻射力大小、作用介質(zhì)的范圍及穿透深度等方面具有巨大的優(yōu)勢(shì)。首 先，聲鑷在單位輸入能量下的輻射力遠(yuǎn)大于光鑷。由于輻射力與波速成反比， 因此，相同強(qiáng)度下，聲鑷具有更大的輻射力，可以實(shí)現(xiàn)更低能量下捕捉更大 的微粒(如厘米尺度的微粒)，并減少燒蝕損傷微粒的風(fēng)險(xiǎn)。其次，聲鑷對(duì) 于介質(zhì)的光透明度沒(méi)有要求，可以在空氣、水中、甚至在活體等各種介質(zhì)中 應(yīng)用，而光鑷是不能在非透明介質(zhì)中完成的。最后，聲波具有比光波更強(qiáng)大 的穿透能力，可以穿過(guò)復(fù)雜介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)大深度的操控。這些優(yōu)勢(shì)使得聲鑷在 生物醫(yī)學(xué)、物理研究等領(lǐng)域可能成為比光鑷更加強(qiáng)大的應(yīng)用工具。

對(duì)生物粒子(如細(xì)胞、細(xì)菌和外泌體等)的操控在廣泛的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具 有重要意義。由于非侵入，非接觸和生物相容等特點(diǎn)，利用聲鑷操控細(xì)胞等 生物粒子具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，聲鑷已經(jīng)完成了捕獲、排布、聚集、 運(yùn)輸、分離和分類細(xì)胞等操作。當(dāng)微粒浸入聲場(chǎng)中時(shí)，聲波與微粒的動(dòng)量傳 遞會(huì)施加給粒子聲輻射力，從而促成對(duì)微粒進(jìn)行精準(zhǔn)的操控。在聲場(chǎng)中，微 粒受到的聲輻射力大小與其體積(∝R³，R為粒子半徑)、密度和可壓縮性有 關(guān)。同時(shí)，由于聲波在液體中的耗散、邊界層的影響等，超聲會(huì)引起液體的 流動(dòng)，形成聲流。而聲流中的微粒也會(huì)受到流體對(duì)其的拖曳力，即斯托克斯 阻力，其大小與微粒的半徑(∝R)，液體的粘性、粒子的相對(duì)速度等有關(guān)。 對(duì)于大尺寸(R1)的物體，其受到的斯托克斯阻力影響不大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)主 要由聲輻射力決定。由于然而對(duì)于大部分細(xì)胞、細(xì)菌等生物粒子，其粒子的 尺寸(R1)，其受到的聲輻射力較小，其在液體中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)由聲輻射力 和斯托克斯阻力共同決定。另外，由于聲流的存在，微粒有沿著聲流線運(yùn)動(dòng) 的趨勢(shì)，從而難以完成精確地對(duì)微粒進(jìn)行操控。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種超聲聲操控的本發(fā) 明提供的方法能夠增加超聲聲操控的敏感性，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物微粒的精準(zhǔn)操控。

本發(fā)明提供了一種超聲聲操控的方法，包括以下步驟：

對(duì)生物微粒進(jìn)行處理，增加所述生物微粒的聲輻射力；

利用聲鑷裝置對(duì)所述處理后的生物微粒進(jìn)行超聲聲操控。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述生物微粒為具有光合作用的細(xì)胞、細(xì)菌或藻類， 通過(guò)通過(guò)調(diào)節(jié)光照、調(diào)節(jié)培養(yǎng)基中二氧化碳含量、調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的溫度、調(diào)節(jié) 培養(yǎng)基中的水分含量或調(diào)節(jié)培養(yǎng)基中的礦物質(zhì)含量中的一種或多種手段促進(jìn) 所述生物微粒的光合作用，增加所述生物微粒的聲輻射力。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述生物微粒為萊茵衣藻。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述生物微粒為細(xì)胞或細(xì)菌，通過(guò)基因編輯的方式在 細(xì)胞或細(xì)菌內(nèi)產(chǎn)生氣體囊泡結(jié)構(gòu)，增加所述生物微粒的聲輻射力。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述生物微粒為細(xì)胞膜上有Piezo-1高度表達(dá)的細(xì)胞或 細(xì)菌，通過(guò)吸附靶向微泡增加所述生物微粒的聲輻射力。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述生物微粒為具有吞噬作用的細(xì)胞，通過(guò)吞噬微泡 增加所述生物微粒的聲輻射力。