弗吉尼亚理工大学的研究人员发明了移动微小生物颗粒的新工具

接受手术很少是一种愉快的经历，有时甚至具有高度侵入性。 几个世纪以来，随着解剖学和生物学知识的不断进步，外科手术一直在稳步发展。

创新方法也得到了新工具的支持，自 1980 年代以来，机器人技术的使用不断增长，大大推动了医疗保健的发展。助理教授田振华在机器人技术和非侵入式声学技术的应用方面又迈出了一步，他的团队的研究成果已发表在《科学进展》上。

机器人辅助手术

自发明以来，使用机器人进行手术一直是侵入性的，因为手术涉及切割，并且通常需要将其他器械插入切口。然而，由于机器人辅助工具可以更小，切口也往往比传统手术更小，因此机器人成为首选。这种手术形式已证明其好处，并且随着时间的推移使用范围不断扩大，对患者的好处包括

减少不适和出血

减少住院时间

恢复期更快

事实上，根据外科医师学会的数据，2012 年有 1.8% 的手术使用了机器人。到 2018 年，这一比例已上升至 15.1%，并且随着机器人技术的进步，这一比例还在继续上升。涉及机器人的一些最常见手术包括阑尾切除术、子宫切除术和胃绕道手术。

非侵入性声音治疗

虽然机器人辅助手术有其自身优势，但田的团队将这一理念更进一步：团队成员正在开发一种在体内无创移动细胞和药物等小目标的方法。这意味着该方法不需要切口。

秘密在于声能发射器，田的团队用它来包围和捕获粒子，就像隐形镊子一样工作。发射器产生 3D 声涡场，可以穿过骨骼和组织等障碍物，相互交叉形成微小的环形声阱。被捕获在声阱中心的微米到毫米大小的物体可以移动和旋转。田因声涡流开发而获得 2024 年国家科学基金会教师早期职业发展计划 (CAREER) 奖。

田说：“无需破坏皮肤即可在静脉内移动细胞和药物，这为医学带来了新机遇。随着我们继续进行这项研究，我预计我们会发现许多新的应用。”

通过将声涡旋发射器安装到机器人平台上，声涡旋束可以在微米级移动。因此，可以在 3D 空间中精确设置粒子捕获区域，并且可以设计捕获粒子后的移动。当沿着血管的蜿蜒路径移动微小物体时，这可能是一个关键特征。

不仅仅是医学

虽然田的团队能够将小物体移动到固体结构后面，但声涡旋束也可以移动气体和液体中的粒子。虽然​​目前的方法针对的是这些物质中的小颗粒，但将声能发射器与机器人技术相结合的应用范围不仅限于手术和非常小的颗粒。非接触式机器人操作在工程、生物学和化学研究的许多其他应用中具有潜力。其中包括

控制微型机器人

处理精细的生物颗粒，如外泌体和细胞

运输危险试剂液滴

控制胶体材料的自组装

排列纳米材料用于复合材料制造