實驗名稱：細胞球組裝的超聲驅動微針系統實驗

研究方向：聲鑷

實驗內容：研究團隊提出了一種基于聲流體和聲輻射力耦合作用的細胞球微操控方法，能夠實現細胞球的可控抓取與釋放操作，實現了細胞球在二維和三維空間可控組裝。

測試設備：信號發生器，ATA-1372A寬帶放大器，示波器，顯微鏡等。

實驗過程：

圖1：細胞球組裝的超聲驅動微針系統

圖2：細胞球圖案化組裝流程

如附圖1所示，該系統由四個核心組件組成：信號發生器、功率放大器、3D打印的微針以及壓電陶瓷（PZT）換能器。當PZT換能器通過信號發生器產生的交變信號激發聲波，該聲波沿微針軸向傳播至針尖后滲入含細胞球的培養基，引發高強度聲流效應驅動細胞球沿流線定向遷移。當細胞球靠近微針尖端時，在重力、浮力、斯托克斯阻力與聲輻射力的多維力場動態平衡作用下，可實現細胞球在針尖區域的穩定捕獲。基于此物理機制，我們進一步建立了如附圖2所示細胞球圖案化組裝流程：首先，聲激勵的微針插入含有培養基和細胞球的容器中，將細胞球捕獲到微針尖端；然后，通過精密位移平臺控制微針沿預設軌跡運動，帶動被捕獲細胞球同步轉移；最后，關閉換能器終止聲場作用，釋放細胞球完成圖案沉積。

實驗結果：

圖3：多種形狀的細胞球

圖4：細胞球組裝實驗結果

為了驗證該聲流體微操控系統在細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細胞球組裝成同質或異質的金字塔結構，進一步展示了該系統在復雜結構構建中的潛力。基于該系統，我們對MC3T3-E1細胞球進行組裝，展示了其在成骨組織制備中的應用潛力。如附圖4，首先，我們利用該裝置將5個細胞球組裝成環狀結構，培養48小時后，觀察到細胞球可以持續融合成環形微組織。通過相應的生物表征，驗證了所制備的成骨組織具備良好的生化性質。

功率放大器推薦：ATA-1372A

圖：ATA-1372A寬帶放大器指標參數

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審核編輯 黃宇