《Advanced Science》：Reconfigurable Acoustofluidic Microvortices for Selective Microcargo Delivery
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本文報道了一種受輪蟲捕食啟發的可重構聲流體微渦旋發生器(r-MVG)，其通過頻率編碼的聲學驅動機制，實現了微載體在復雜微通道網絡中的選擇性捕獲、釋放與定向遞送。該研究創新性地利用不同尺寸微氣泡對的特異性共振頻率，在單一可調超聲場下動態切換多種操作模式，突破了傳統單模態聲流體技術的局限，為微流控、生物醫學及先進制造等領域的自適應、多模態高通量操控提供了新策略。
輪蟲啟發的可重構聲流體微渦旋發生器
受輪蟲利用纖毛產生適應性微渦旋進行捕食的機制啟發，本研究設計了一種頻率編碼的可重構聲流體微渦旋發生器(r-MVG)。該發生器由可編程主動執行器與被動噴嘴通過旋轉鉸鏈連接構成，其核心創新在于利用成對微氣泡的共振編碼實現動態多模態切換。當微氣泡尺寸不同時，其共振頻率差異將超聲頻譜劃分為多個區間，每個區間對應特定的吸引-排斥作用，從而通過調節單一超聲場的頻率即可控制微渦旋的開啟、關閉及方向反轉。
輪蟲啟發的微機器人遞送系統
針對微尺度輸送中哈根-泊肅葉定律導致的灌注壓力劇增難題，該系統通過傾斜噴嘴在微通道壁面產生局部低壓區，引導微載體克服渦旋束縛進入輸送流線。實驗表明，通過優化微氣泡陣列的空間排列(單側、交錯或成對)，可顯著提升輸送效率，Type IV構型在50 Vpp激發下速度達885 μm/s。該系統在阻塞通道中仍保持功能，實現了毫米級長程輸送，為介入治療中的精密遞送提供了新方案。
可編碼微渦旋的多模態聲流體重構
理論分析表明，微氣泡間受聲輻射力(FR)、聲流推力(FS)及相互作用力(FI)共同調控。當激勵頻率介于兩氣泡固有頻率之間時，異徑氣泡產生反相振蕩引發排斥；而同徑氣泡始終相吸。通過設計包含四氣泡的r-MVG-2，實驗驗證了31 kHz（全吸引）、119 kHz（左排斥）、137 kHz（右排斥）和171 kHz（左重吸引）四種獨立可尋址模式，實現了頻譜分割的多模態控制。
多分支微通道中的選擇性微載體遞送
在三分叉微通道網絡中，通過r-MVG-1單元實現捕獲與雙向輸送，并利用r-MVG-2在分叉處的頻率選擇性操控流場方向。數值模擬顯示，(2,2)與(1,1)對稱氣泡對產生對稱渦旋誘導正向/反向凈流，而(2,1)與(1,2)非對稱對通過渦旋協同實現上下行流動導向。實驗成功將微載體按需分配至指定分支，展現了聲場編程的微流控選擇性操控能力。
該技術相比磁編碼系統具有結構簡單（單材料雙光子聚合成型）、單場多模態控制優勢，雖面臨微氣泡穩定性挑戰，但在血管內精準給藥、芯片實驗室診斷等領域具應用潛力。其選擇性源于工程化位置控制，未來結合分子識別元件可拓展生物靶向功能。
