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受耳蝸毛細(xì)胞感知聲波振動(dòng)的啟發(fā)，浙江大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種仿生人工纖毛陣列，通過(guò)聲學(xué)共振機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音信號(hào)的可視化解析，并巧用共振原理實(shí)現(xiàn)“聲控膠囊”來(lái)控釋藥物。該項(xiàng)研究成果24日發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《自然-生物醫(yī)學(xué)工程》。

浙江大學(xué)藥學(xué)院、金華研究院和先進(jìn)藥物遞釋系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授顧臻、研究員王金強(qiáng)為該項(xiàng)成果共同通信作者，研究員魏鑫偉為該工作第一作者。

顧臻說(shuō)，當(dāng)外界激勵(lì)的頻率與系統(tǒng)的固有頻率匹配時(shí)，能量高效傳遞，振動(dòng)幅度急劇放大，這是“共振”現(xiàn)象的物理原理。這一原理不僅廣泛應(yīng)用于聲學(xué)、機(jī)械、電磁等工程領(lǐng)域，也為生物醫(yī)學(xué)的創(chuàng)新提供了重要啟示。受此啟發(fā)，研究團(tuán)隊(duì)借助三維建模和高精度3D打印技術(shù)，模擬耳蝸毛細(xì)胞的纖毛結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并制備了具有不同長(zhǎng)度直徑比的仿生人工纖毛陣列。

實(shí)驗(yàn)表明，具有不同直徑和不同長(zhǎng)度直徑比的人工纖毛陣列在聲波刺激下可基于聲學(xué)共振原理產(chǎn)生振動(dòng)，其共振頻率在100-6000赫茲之間，基本涵蓋人類聽覺常用頻率范圍。研究團(tuán)隊(duì)將不同共振頻率組合的纖毛集成于同一陣列，發(fā)現(xiàn)其具備在聲音頻率可視化解析方面的潛力，并進(jìn)一步證實(shí)共振狀態(tài)下的纖毛可顯著加快液體流速，有效促進(jìn)模型藥物在液體環(huán)境中的釋放與擴(kuò)散。

圖為集成不同仿生纖毛陣列的膠囊型藥物遞釋器件。（浙江大學(xué)供圖）

研究團(tuán)隊(duì)分別將胰島素和胰高血糖素載于不同長(zhǎng)度直徑比的仿生纖毛上，構(gòu)建了膠囊型的聲學(xué)共振響應(yīng)性藥物遞釋器件，也就是“聲控膠囊”。通過(guò)施加不同頻率的聲波刺激，可選擇性觸發(fā)胰島素或胰高血糖素的釋放。

王金強(qiáng)表示，未來(lái)，這一仿生人工纖毛陣列可以進(jìn)一步優(yōu)化材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以拓寬頻率響應(yīng)范圍，提升對(duì)復(fù)雜聲音信號(hào)的解析能力，用于更多個(gè)性化任務(wù)的執(zhí)行，包括與腦機(jī)接口、電子藥物等領(lǐng)域的交叉融合。（記者朱涵）

關(guān)鍵詞： 胰島素 纖毛 浙江大學(xué) 聲控 研究團(tuán)隊(duì)