应用案例

　　实验名称：细胞球组装的超声驱动微针系统实验

　　研究方向：声镊

　　实验内容：研究团队提出了一种基于声流体和声辐射力耦合作用的细胞球微操控方法，能够实现细胞球的可控抓取与释放操作，实现了细胞球在二维和三维空间可控组装。

　　测试设备：信号发生器，ATA-1372A宽带放大器，示波器，显微镜等。

　　实验过程：

图1：细胞球组装的超声驱动微针系统

图2：细胞球图案化组装流程

　　如附图1所示，该系统由四个核心组件组成：信号发生器、功率放大器、3D打印的微针以及压电陶瓷（PZT）换能器。当PZT换能器通过信号发生器产生的交变信号激发声波，该声波沿微针轴向传播至针尖后渗入含细胞球的培养基，引发高强度声流效应驱动细胞球沿流线定向迁移。当细胞球靠近微针尖端时，在重力、浮力、斯托克斯阻力与声辐射力的多维力场动态平衡作用下，可实现细胞球在针尖区域的稳定捕获。基于此物理机制，我们进一步建立了如附图2所示细胞球图案化组装流程：首先，声激励的微针插入含有培养基和细胞球的容器中，将细胞球捕获到微针尖端；然后，通过精密位移平台控制微针沿预设轨迹运动，带动被捕获细胞球同步转移；最后，关闭换能器终止声场作用，释放细胞球完成图案沉积。

　　实验结果：

图3：多种形状的细胞球

图4：细胞球组装实验结果

　　为了验证该声流体微操控系统在细胞球图案化组装中的可行性和精确性，如附图3所示，我们成功地在二维空间中精确组装了多种形状的细胞球，包括直线、三角形、矩形、圆形和同心圆。此外，我们还在三维空间上将多个细胞球组装成同质或异质的金字塔结构，进一步展示了该系统在复杂结构构建中的潜力。基于该系统，我们对MC3T3-E1细胞球进行组装，展示了其在成骨组织制备中的应用潜力。如附图4，首先，我们利用该装置将5个细胞球组装成环状结构，培养48小时后，观察到细胞球可以持续融合成环形微组织。通过相应的生物表征，验证了所制备的成骨组织具备良好的生化性质。

　　功率放大器推荐：ATA-1372A

　　图：ATA-1372A宽带放大器指标参数

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