實(shí)驗(yàn)名稱：細(xì)胞球組裝的超聲驅(qū)動(dòng)微針系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

　　研究方向：聲鑷

　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于聲流體和聲輻射力耦合作用的細(xì)胞球微操控方法，能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞球的可控抓取與釋放操作，實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞球在二維和三維空間可控組裝。

　　測(cè)試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器，ATA-1372A寬帶放大器，示波器，顯微鏡等。

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖1：細(xì)胞球組裝的超聲驅(qū)動(dòng)微針系統(tǒng)

圖2：細(xì)胞球圖案化組裝流程

　　如附圖1所示，該系統(tǒng)由四個(gè)核心組件組成：信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、3D打印的微針以及壓電陶瓷（PZT）換能器。當(dāng)PZT換能器通過(guò)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的交變信號(hào)激發(fā)聲波，該聲波沿微針軸向傳播至針尖后滲入含細(xì)胞球的培養(yǎng)基，引發(fā)高強(qiáng)度聲流效應(yīng)驅(qū)動(dòng)細(xì)胞球沿流線定向遷移。當(dāng)細(xì)胞球靠近微針尖端時(shí)，在重力、浮力、斯托克斯阻力與聲輻射力的多維力場(chǎng)動(dòng)態(tài)平衡作用下，可實(shí)現(xiàn)細(xì)胞球在針尖區(qū)域的穩(wěn)定捕獲。基于此物理機(jī)制，我們進(jìn)一步建立了如附圖2所示細(xì)胞球圖案化組裝流程：首先，聲激勵(lì)的微針插入含有培養(yǎng)基和細(xì)胞球的容器中，將細(xì)胞球捕獲到微針尖端；然后，通過(guò)精密位移平臺(tái)控制微針沿預(yù)設(shè)軌跡運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)被捕獲細(xì)胞球同步轉(zhuǎn)移；最后，關(guān)閉換能器終止聲場(chǎng)作用，釋放細(xì)胞球完成圖案沉積。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖3：多種形狀的細(xì)胞球

圖4：細(xì)胞球組裝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　為了驗(yàn)證該聲流體微操控系統(tǒng)在細(xì)胞球圖案化組裝中的可行性和精確性，如附圖3所示，我們成功地在二維空間中精確組裝了多種形狀的細(xì)胞球，包括直線、三角形、矩形、圓形和同心圓。此外，我們還在三維空間上將多個(gè)細(xì)胞球組裝成同質(zhì)或異質(zhì)的金字塔結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步展示了該系統(tǒng)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)建中的潛力。基于該系統(tǒng)，我們對(duì)MC3T3-E1細(xì)胞球進(jìn)行組裝，展示了其在成骨組織制備中的應(yīng)用潛力。如附圖4，首先，我們利用該裝置將5個(gè)細(xì)胞球組裝成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)48小時(shí)后，觀察到細(xì)胞球可以持續(xù)融合成環(huán)形微組織。通過(guò)相應(yīng)的生物表征，驗(yàn)證了所制備的成骨組織具備良好的生化性質(zhì)。

　　功率放大器推薦：ATA-1372A

　　圖：ATA-1372A寬帶放大器指標(biāo)參數(shù)

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