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第 37 卷 第 5 期 蔡飞燕等： 声操控微粒研究进展 659

3.1.2 行波和聚焦声场操控微粒 2006 年，Lee 等 [32] 利用 30 MHz 的单阵元聚焦
由于行波场场强无梯度，对于远小于波长的微 换能器实现了对126 µm油酸脂滴微粒的操控，该微
粒，其在行波场中受到的声辐射力很小，很难从实验 粒的粒径大于波长，作者采用声线理论研究其受到
上观察到微粒在行波场中的运动。但在2016年，Ma 的声辐射力，数值模拟与实验结果基本吻合。最近，
等 [31] 研究了尺寸与波长相当的微粒在行波场中的 Wang 等 [33] 在超声微流控芯片中利用声表面驻波
共振特征，在声表面行波微流控腔体内实现了对不 场和声表面聚焦场相结合，实现了对 2 µm 和 5 µm
同材料微粒的精确筛选，如图4所示。 聚苯乙烯微球以及红细胞和肿瘤细胞的排列与筛
选，其工作原理与实验结果如图5所示。

3.2 基于换能器阵列产生动态调控声场的微粒
操控
单阵元换能器的声场形态一般固定不变，因此
微粒在声场中的受力分布固定，很难对其进行灵活
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多功能操控。随着换能器加工工艺和电路驱动系
统的发展，可以实现对每一个换能器阵元的声参量
0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 (频率、相位、强度、持续时间等) 独立控制，原则上
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可以在空间中产生时变任意声场，微粒可以产生捕
图 4 声表面行波筛选聚苯乙烯 (PS) 和有机玻璃
(PMMA) 微粒 [31] 获、平移、旋转等多种运动，极大地丰富了微粒的运
Fig. 4 Mechanical properties based particle sepa- 动类型和方式，为声操控技术面向实际应用奠定了
ration via travelling surface acoustic wave [31] 基础 [34] 。

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图 5 声表面驻波场和行波场排列和筛选肿瘤细胞 [33]
Fig. 5 Sorting of tumour cells in a microfluidic devices by multi-stage surface acoustic waves [33]