聲鑷通過聲波與目標物體之間的動量交換來操縱目標物體的運動，能夠深入穿透組織並產生強大的聲輻射力，其性能優於光鑷和磁鑷，是體內細胞操作的理想工具。中國科學院深圳先進技術研究院（SIAT）鄭海榮教授領導的研究團隊最近開發出一種新型聲鑷–相控陣全息聲鑷系統（PAHAT）–它基於一個能夠產生可調三維體聲波的高密度平面陣列換能器。研究人員希望該系統能實現藥理學版的”心靈遙感”。

使用PAHAT 對細胞進行體內操作的示意圖。資料來源：SIAT這項研究最近發表在《自然-通訊》（Nature Communications）雜誌上。相控陣全息聲鑷系統示意圖。資料來源：SIAT由於各種組織、器官、骨骼、血管和血流的特性各不相同，體內環境極其複雜。如此復雜的環境帶來了巨大的挑戰：如何利用聲學方法”捕獲”細菌，使其對腫瘤產生治療效果？研究小組利用全息聲場研究了複雜環境中的動態目標操控。他們隨後開發了一種高密度超聲換能器陣列，從而能夠產生強大的梯度聲場，並實現精確的時空控制。使用PAHAT 在體內操縱細胞的設置圖。資料來源：SIAT隨後，研究人員利用基因編輯技術在細菌細胞中創建了亞微米級的氣泡，從而提高了它們對聲波的敏感度。在聲場輻射力的影響下，這些基因工程細菌形成了菌簇。通過將顯微成像與PAHAT 相結合，研究人員在活體小鼠體內實現了對細菌集群的精確操縱，從而展示了一種在癌症治療中進行靶向藥物遞送和細胞療法的可行方法。該研究的共同通訊作者馬騰教授說，研究人員可以”精確控制細菌按照預定路徑到達病灶”，而該研究的共同通訊作者嚴飛教授則說，這種操縱技術改善了腫瘤內的菌群聚集，從而有效減緩了腫瘤的生長。鄭教授說：”PAHAT實現了對生物體內細胞的非接觸式精確操控。結合功能細胞和細胞球體，它在免疫療法、組織工程、靶向給藥等領域具有巨大潛力”。