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658 2018 年 9 月

Silva [15] 给出了球体在任意波形下的声辐射力的 控的声场产生方式及微粒操控形态综述近期研究
解析表达式；2013 年，Sapozhnikov 等 [16] 补充了 进展。
Gor’kov 的理论，其声辐射力计算公式可适用于任
3.1 基于单个或两个换能器产生声场的微粒操控
意波形的声束。在特殊波束对微粒操控方面：如利
3.1.1 驻波操控微粒
用贝塞尔束(Bessel beam)产生负辐射力 [17−19] ；利
用涡旋束 (Vortex beam) 产生力矩 [20−21] 等。此外， 驻波声场在空间上具有能量极值，微粒根据其
研究人员将声学人工结构引入到对声辐射力的调 声学特性可以稳定地停驻在波腹 (波节) 位置，若调
控中，例如利用反常透射频段的结构板附近的局域 控驻波声场的相位、频率等参量，使得波腹 (波节)
场捕获圆柱物体 [22] ，利用共振单元组成的超常材 位置发生移动，微粒也可以获得相应的非零声辐射
料聚积粒子等 [23] 。在面向不同操控对象方面：在 力从而驱动至新的稳定位置。基于该原理，如图 3
大部分验证操控实验，其操控样品为标准聚苯乙 所示，驻波声操控微粒已经广泛应用于空气声悬
烯微球，近期也有多项研究工作实现了对具体应 浮 [27] 、细胞排列与筛选 [28−30] 、碳纳米管等纳米材
用场景微粒的有效操控，如：Ding 等 [24] 首次利用 料的排列等研究 [26] 。
声表面驻波实现了对活体线虫的精确操控；Olson 虽然基于驻波声场的声操控技术已经获得了
等 [25] 利用聚焦声场实现了对海洋微生物的团聚效 广泛的应用，但是其声场最少需要一组声学器件
应；Chen 等 [26] 利用声表面驻波实现了对纳米线的 (两个相向换能器，或者一个换能器与一个反射面)，
精确排列。这些研究工作挖掘了声操控的理论深度， 并且对声学器件组的相对位置要求严格，此外该方
丰富了声操控技术的应用场景，为声操控技术的应 法仅能操控局域在这组声学器件之间的微粒。近年
用转化提供了理论基础和实验支持。由于声场是决 来，也有学者研究基于单个换能器产生的行波或者
定声操控效果的关键核心因素，本文我们将从声操 聚焦声场的微粒操控。

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(b) ʷ፥ܦ᛫᭧᯿ฉረүॲจ (d) ̄፥ܦ᛫᭧᯿ฉረүॲจᒰૉࠀͯᎶ
图 3 声表面驻波操控微粒 [28−30]
Fig. 3 Particles manipulation based on standing surface acoustic waves [28−30]