不是魔術!以聲波操縱物體移動,無創手術創新工具「聲鉗」誕生

作者 | 發布日期 2018 年 12 月 27 日 14:11 | 分類 尖端科技 , 醫療科技 follow us in feedly

手術台上,外科醫師有條不吝地操作著手術刀、剪刀、鑷子、止血鉗等器具,這是我們熟知的手術情景;但未來,可能有一種不用動刀、不用見血的「聲鉗」醫療技術,可讓醫師在不碰觸患者的前提下執行一系列醫療行為。



2 個月前,高齡 96 歲的 Arthur Ashkin 以 1986 年開發的光鉗(optical tweezers,也稱光學鑷子)技術榮獲 2018 年諾貝爾物理學獎,這種工具利用光線的輻射壓來操縱極微小物體,比如人體細胞。

現在,科學家設法將相同原理轉移到聲學領域,也就是聲鉗(acoustic tweezers):利用多道聲波組成複雜聲場,操控聲場中的物體。這些年來,我們看過一系列漂亮的聲鉗技術,比如把水滴懸浮在半空中、一種很像外星飛碟用來抓人類的「聲波曳引束」等,雖然就目前生活而言不怎麼實用。

但若應用在生物醫療領域,聲鉗將大放異彩,比光鉗還更具優勢。這是因為雷射光只透過透明介質傳播,如果要在人體組織內游刃有餘的操作,能安全穿透人體的聲鉗會比光鉗更有開發前景。

來自英國布里斯托大學的超音波工程學教授 Bruce Drinkwater 與西班牙納瓦拉大學的電腦科學家 Asier Marzo Pérez,現在已經成功研發出能操縱微小物體的聲學懸浮裝置,且可同時將多個物體往不同方向移動,團隊將之稱為全像聲鉗(Holographic Acoustic Tweezers,HAT)。

(Source:納瓦拉大學

原型設備是兩面「喇叭陣列」,一面陣列有 256 個寬度各僅 1 公分的喇叭,彼此相對(距離 23 公分)形成錯綜複雜的聲場,而喇叭發出的聲音頻率極高,達 40kHz(4 萬赫茲),人耳聽不到。

在該聲場中,「高強度區域」會排斥物體,「低強度區域」則成為物體安頓的避難所,透過控制每個喇叭發聲的時間點,研究人員成功在聲場內移動 25 個保麗龍小球,不只可以操控它們跳一場空中舞蹈,甚至還能叫它們穿針引線「縫衣服」。

▲ 在聲場內以聲波控制線穿過洞,詳細實驗過程可於下方影片欣賞。(Source:納瓦拉大學

這項技術讓我們看見一個令人激動的未來:外科手術可能不必「開刀」了,醫師將直接操縱無形的聲鉗於你體內進行手術。新論文發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)。

(首圖來源:納瓦拉大學

延伸閱讀:

關鍵字: , ,