华裔科学家开发“声波镊子”可生物3D打印单细胞

日前，美国宾夕法尼亚州立大学的科学家们宣布成功研发出了一种神奇的“声波镊子”生物打印技术。这种“镊子”完全是由两个声波发生器发出的声波组成的，它可以捕获人类的单个细胞并放入其它组织而不损坏它。

据研究人员介绍，这种“声波镊子”本质上是一种工具，科学家们可以用它在3D空间里移动细胞，并构建起非常精确的结构，整个过程不会接触、变形或者标记细胞。“在这个应用中，我们使用表面声波来创建节点以捕获细胞或微粒。”参与研究的生物工程与力学教授黄竣教授解释说：“我们可以在3D空间中移动细胞或粒子，在两个或三个维度中创建结构。”

黄竣教授

这个“镊子”本身是用两条表面声波发生器发出的声波组成的。当声波发生碰撞时，形成的压力场就能够捕获和运送一个粒子或细胞。通过同时移动发生器，该细胞就可以进一步精确地运送。卡耐基梅隆大学总裁Subra Suresh解释道：“这种方法将会为再生医学、神经科学、组织工程、生物制造、癌症转移等领域的应用及实验研究带来新的可能性。”

这项技术的优势所在除了无损捕获细胞之外，更关键的是它精确定位细胞的能力。该研究团队称，他们可以利用这种技术，捡拾细胞并以精确、无创伤的方式用细胞组成3D结构。这是一项非常重要的技术创新——实现细胞间的交流和细胞与环境之间的相互作用，是3D生物打印需要突破的重要一环。尽管目前这种“声波镊子”严格意义上并非3D打印机，但是它很有可能引领一系列3D打印领域期待已久的创新更快到来。

那么，目前这种3D“声波镊子”到底有多精确呢？据了解，它的垂直放置精度可达每个细胞1微米，水平精度达到2微米。使用该设备，一个10微米的粒子能够以大约每秒2.5微米的速度移动。在使用时其波长和输入功率都是可以调整的，十分便利灵活。

黄竣教授表示：“3D声波镊子可以通过控制一定数量细胞、细胞间距，并按照预定的几何结构来排列细胞。这种独特的方法实现了神经元细胞打印，从而帮助创造人工神经网络。并将其用于神经科学或者神经元再生医学。”

这一技术创新已经发布在宾夕法尼亚州立大学的网站上，参与的科学家包括研究负责人、生物工程与力学教授黄竣，以及博士后 Feng Guo、Peng Li和James Lata，研究生Zhangming Mao和Yuchao Chen，前博士后研究员Zhiwei Xie和生物医学工程教授Jian Yang。卡耐基梅隆大学总裁Subra Suresh也参加了这个团队。他们的工作成果出现在了最新一期的美国《国家科学院学报（Proceedings of the National Academy of Sciences）》上。

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