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受耳蝸毛細胞感知聲波振動的啟發(fā)，浙江大學的研究團隊開發(fā)了一種仿生人工纖毛陣列，通過聲學共振機制實現(xiàn)對聲音信號的可視化解析，并巧用共振原理實現(xiàn)“聲控膠囊”來控釋藥物。該項研究成果24日發(fā)表于學術期刊《自然-生物醫(yī)學工程》。

浙江大學藥學院、金華研究院和先進藥物遞釋系統(tǒng)全國重點實驗室教授顧臻、研究員王金強為該項成果共同通信作者，研究員魏鑫偉為該工作第一作者。

顧臻說，當外界激勵的頻率與系統(tǒng)的固有頻率匹配時，能量高效傳遞，振動幅度急劇放大，這是“共振”現(xiàn)象的物理原理。這一原理不僅廣泛應用于聲學、機械、電磁等工程領域，也為生物醫(yī)學的創(chuàng)新提供了重要啟示。受此啟發(fā)，研究團隊借助三維建模和高精度3D打印技術，模擬耳蝸毛細胞的纖毛結構，設計并制備了具有不同長度直徑比的仿生人工纖毛陣列。

實驗表明，具有不同直徑和不同長度直徑比的人工纖毛陣列在聲波刺激下可基于聲學共振原理產(chǎn)生振動，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。研究團隊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，并進一步證實共振狀態(tài)下的纖毛可顯著加快液體流速，有效促進模型藥物在液體環(huán)境中的釋放與擴散。

圖為集成不同仿生纖毛陣列的膠囊型藥物遞釋器件。（浙江大學供圖）

研究團隊分別將胰島素和胰高血糖素載于不同長度直徑比的仿生纖毛上，構建了膠囊型的聲學共振響應性藥物遞釋器件，也就是“聲控膠囊”。通過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。

王金強表示，未來，這一仿生人工纖毛陣列可以進一步優(yōu)化材料與結構設計，以拓寬頻率響應范圍，提升對復雜聲音信號的解析能力，用于更多個性化任務的執(zhí)行，包括與腦機接口、電子藥物等領域的交叉融合。（記者朱涵）

關鍵詞： 胰島素 纖毛 浙江大學 聲控 研究團隊