声波新技术可实现靶向给药

在不接触物体的情况下移动物体

现代科学已经发现了无需接触就能移动物体的方法。这种方法最早是用所谓的光学镊子实现的，这种镊子使用的是光，很快又有了声学镊子，这种镊子使用的是声音。

声镊之所以特别引人关注，是因为它可以穿透大多数材料。声镊的频率范围很宽，可以操纵各种大小的物体，从单个细胞到复杂物体。它们还对生物组织无害。

因此，声镊的应用范围非常广泛，从外科手术到药物输送，无所不包。问题是，迄今为止，在活体这样的复杂环境中使用声镊很难实现精确控制。

由于 在《自然-物理学》上发表的新发现 由 EPFL（瑞士）和维也纳技术大学（奥地利）的研究人员共同完成。

用声波推动

The research team used a new method to create acoustic tweezers called “wave-momentum shaping”. The technique is the adaption to sound waves of a novel method using light to organize it despite a “messy” environment.

Essentially, it first “maps” the scattering effect of obstacles into a matrix structure (to the right below), allowing one to determine how to use the tweezers despite obstacles on the way.

这个散射矩阵会随着物体的移动而实时变化，保持实时更新是研究人员的主要成果之一，他们使用了复杂的数学工具来完成这项工作。

资料来源 自然

这改变了声镊的工作方式。通常，这种方法会将物体困在一个地方。而在这里，声波会轻轻地推动物体，就像曲棍球棒推动冰球一样。

这种方法不仅适用于球形物体，也适用于更复杂的形状。它还可以控制旋转，为可能的运动增加了更多灵活性。它几乎可以与任何材料配合使用，目标不需要有磁性或特别耐磨。

资料来源 自然

可能的应用

医疗与生物技术

无需手术就能在全身进行直接治疗的可能性非常有趣。这尤其可用于癌症治疗，将药物直接送入肿瘤可大大提高治疗效率。

“Some drug delivery methods already use soundwaves to release encapsulated drugs, so this technique is especially attractive for pushing a drug directly toward tumor cells”

同样，生物分析和取样也可以在不直接接触组织的情况下进行，从而降低了程序造成污染或损坏的风险。

最后，它还可用于组织工程甚至三维生物打印。无需切开就能授权操作，有助于创造更复杂的设计，让我们离 "3D 生物打印 "更近一步。 按需生产器官的梦想.

制造业

小颗粒可以随意向各个方向移动，这正是 3D 打印技术想要实现的目标。

在这方面，声镊可以作为一种新方法加入到现有的增材制造技术中，在将颗粒结合成固体物体之前对其进行排列。

即使在无法直接操作的情况下，它也可以用来将单独的部件组装在一起。

不是第一次？

We already cover a similar technology in our article “声能发射器或将很快消除手术切口的需要y”.

在这篇文章中，我们解释了另一种光学镊子如何实现类似的效果。在这种情况下，重点是在不开刀的情况下进行手术，并在体内移动小物体。

This was, however, more of a “classical” type of optical tweezer, locking the object in one spot.

在这两种情况下，声镊在其基础科学方面都取得了长足进步，无论是通过回声成像实时观察手术，还是通过极其精确的推动系统和最新的散射矩阵来保持预定运动的准确性。

因此，我们现在应该进入这些技术标准化和商业化的阶段，帮助推动新型创新疗法，提高现有疗法的效率。

三维操纵公司

虽然最先进的机器人手术系统之一是由 直觉外科 (ISRG), the company has less expertise in ultrasound or endoscopy than some of its competitors. So, it is likely that the first real-life medical application of acoustic tweezers might come from medical device companies already adept at integrating together many medical device systems like robots or surgery tools.

另外，3D 打印和生物打印技术也能极大地促进声学镊子的发展，因此该领域的领先企业也可能从中受益。

1. 美敦力公司

美敦力是医疗设备领域的领导者，特别是在 手术和重症监护.虽然其他分部也可被视为美敦力的附属分部，但美敦力的医疗外科分部占其总收入 $7.7B 中的 $2.1B。

资料来源 美敦力

公司一直通过有机增长，这得益于大比例的研发预算（2022 年为 17 亿吨）和收购（2022 年为 9 次，2023 年考虑进一步收购，价值为 3.3 亿吨）。

美敦力公司看到了更简单、低成本机器人手术的巨大商机：

"全世界只有 2% 的手术是在机器人的协助下进行的。有98%的手术需要通过机器人辅助手术来完成，但由于成本和使用方面的负担，目前还无法实现"。

美敦力正是基于这一战略开发了 Hugo 系统。

资料来源 美敦力

它还销售 Mazor X Stealth 脊柱机器人辅助手术设备得益于 2018 年 12 月以 17 亿美元收购 Mazor Robotics 公司。

总之，Medtronics 公司声誉卓著，几乎每家医院都有它的设备，这为它提供了一个很好的切入点，可以通过内部开发或收购，在新生的机器人手术市场中占据一席之地。

它还已经销售 内窥镜超声系统该公司在心脏病学领域的存在有助于将声学镊子技术应用于心血管治疗和手术。

2. Cyfuse Biomedical K.K.

这家日本公司成立于 2010 年，2013 年开始向研究人员销售 3D 打印机。

其重点是在不使用任何人工支架的情况下，只利用细胞本身来制造组织和器官、 通过其 S-Spike 平台.这是一个雄心勃勃的目标，但也是随着时间的推移可能采用的 3D 生物打印的最终形式。

The absence of scaffolding could prove crucial to producing “premium” organs as close as possible to native organs. The technology can only 3D print 2-3cm organ pieces at a time.

资料来源 Cyfuse Biomedical

它针对 4 个部分：关节、肝脏、神经和血管。它还可以 be used to create “training” organs for surgeons, helping them learn without risking a patient’s life.

资料来源 Cyfuse Biomedical

Cyfuse 目前尚未盈利（在 2021 年短暂盈利后），但已经获得了几百万美元的收入。

这家公司适合有耐心的投资者，他们寄希望于这项技术能成为主流，并改进到能在一个区块内一次性制造出完整器官的程度。

在这方面，先进的声学镊子可能缺少组装更复杂和更大器官的步骤。