作者：Chinta sidharthanh博士Laura Thomso评论2024年12月23日
声学操纵使用声波来控制控制流体中的微观物体，为生物医学应用提供非侵入性，精确和生物相容性的方法。然而，大多数研究都集中在静态流体环境上，这限制了声学操作在动态系统（如血流）中的相关性。
最近发表在《先进材料》杂志上的一项研究介绍了将花状分层纳米结构（HNS）组装成微粒（MPs），作为高速流体流动中声学操纵的创新工具。研究人员表明，这些HNS-MPs具有出色的生物相容性，并提供具有高表面积的多功能材料选择，可实现多种应用，包括实时成像，药物输送和水净化。这些发现扩大了声学操纵在生物医学和环境科学中的潜力。
在流体环境中控制微粒子和纳米粒子的能力对于医学成像、靶向药物输送和环境净化至关重要。声学操作，利用超声波捕获和操纵粒子，由于其非侵入性和深层组织穿透性，已经成为一种很有前途的技术。
目前的声学控制方法通常依赖于充满气体的微气泡，但这些方法存在一些挑战，例如在快速流动的环境中，稳定性有限，操作要求复杂，材料设计灵活性有限。此外，现有方法通常局限于静态流体条件，无法解决血流等动态流体系统的复杂性。
生物体和具有层次结构的工程材料已经显示出与机械力相互作用的非凡能力。然而，尽管在能量储存和催化方面对HNS进行了广泛的研究，但它们在动态声捕获方面的潜力仍未得到充分开发。
本研究探讨了花状分层纳米结构微粒子（HNS-MPs）在动态流体系统中的声学捕获的设计、合成和应用。利用水热法合成了五种类型的HNS-MPs，以创建自组装成复杂的花状结构的纳米片。这些材料包括氧化锌（ZnO）、氧化碘化铋（BiOI）、聚酰亚胺（PI）、二氧化钛（TiO2）和镍金属有机框架（Ni-MOF）。这些颗粒的大小和形态特征，直径范围从1.1到4.9微米。
利用聚焦超声换能器在不同直径的充水管和微流体通道中进行了声捕获实验。换能器产生声流力，使HNS-MPs在模拟静脉和小动脉条件的流速下进入稳定的陷阱。并与常规固体微颗粒和充气微气泡进行了对比试验。
通过仿真分析了作用在HNS-MPs上的声力。本研究进一步验证了HNS-MPs在水和猪血液中的捕获性能，探索其在体内应用的潜力。
此外，研究人员还对HNS-MPs进行了额外的改进，例如用功能性纳米颗粒涂覆HNS-MPs，使其能够用作超声、光声和磁共振成像的多模态成像造影剂。研究人员还利用小鼠模型和血液样本进行了细胞毒性和血液相容性测试，以确认包被的HNS-MPs的生物相容性。
研究发现，HNS-MPs有效地实现了动态流体中的声波捕获。与传统的固体微粒和充气气泡相比，HNS-MPs在类似于静脉和小动脉血流的流速下保持稳定的陷阱。此外，在不同的材料中，包括BiOI、ZnO、TiO2、PI和Ni-MOF，性能是一致的。
实验观察表明，即使在已建立的流动中，HNS-MPs也会形成陷阱。研究发现，纳米片组装的HNS-MPs结构至关重要，因为它们尖锐的尖端会产生二次声流涡，从而增强粒子聚集。
此外，细胞毒性试验表明，大多数HNS-MPs具有较高的生物相容性，某些配方可以促进细胞生长。血液相容性评估也显示，在声学捕获实验中使用的浓度下，没有明显的副作用，如血栓形成或溶血。
此外，纳米颗粒功能化，如金或吲哚菁绿，证明了HNS-MPs作为造影剂在超声、光声和磁共振成像中的应用。这些修饰保持了HNS-MPs的捕获效率，同时增强了其成像性能。
该研究还证明了HNS-MPs作为微型机器人的多功能性。这些颗粒使光催化染料降解和微流体装置中的有效药物递送成为可能。实时体内实验证实了它们在小鼠血管内捕获和操纵的能力，同时实现了三维光声成像。这些发现突出了HNS-MPs在生物医学应用方面的潜力，包括靶向药物输送和实时成像。
结果表明，HNS-MPs在动态流体环境中具有声学操纵的潜力。它们卓越的捕获效率、生物相容性和多功能性使其适用于各种生物医学应用，包括实时成像、靶向药物输送和环境净化。
通过克服传统材料的局限性，HNS-MPs代表了动态流体系统和生物医学工程中声学操纵的重大进步，为创新的治疗和诊断解决方案铺平了道路。
