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在液滴微流控研究中，现有技术在处理固液相互作用和多相操作时存在局限。研究人员开展了声学流体频率关联微球嵌入（FAME）平台的研究。结果显示该平台可实现微粒子快速嵌入液滴。这一成果为相关领域研究带来新突破。
在生命科学和医学研究领域，液滴微流控技术就像一把神奇的钥匙，为众多研究打开了新的大门。它能精准操控微小液滴，在生化反应分析、药物递送、人工细胞构建以及合成生物学等方面发挥着至关重要的作用。然而，目前的液滴操控技术大多聚焦于液 - 液相互作用，在面对固体粒子与液体的相互作用以及多相体系的精准操控时，却遭遇了重重困难。比如，传统的液滴注射技术在将试剂注入液滴时，常常会引发对流，导致液滴内部环境与外部环境直接连通，进而出现交叉污染和试剂过量递送等问题。而且，对于固体试剂的操控，现有的方法也显得捉襟见肘，难以满足研究的需求。
为了攻克这些难题，来自杜克大学（Duke University）的研究人员展开了深入的探索。他们致力于研发一种全新的技术平台，期望能够实现对微粒子和液滴更高效、更精准的操控，为相关领域的研究开辟新的道路。经过不懈努力，他们成功开发出声学流体频率关联微球嵌入（FAME）平台。这一平台的出现，为多相微粒子操控带来了革命性的突破，其研究成果发表在《Nature Communications》上，引起了广泛关注。
研究人员在开展此项研究时，运用了多种关键技术方法。首先，精心设计并制造了声学流体 FAME 系统，该系统包含一系列具有特定共振频率的聚焦叉指换能器以及独特的微流控通道结构，用于加载和捕获液滴。其次，采用标准光刻技术在压电衬底上制作叉指换能器，并通过软光刻技术制造聚二甲基硅氧烷（PDMS）微流控通道，实现了系统的精确构建。此外，利用高速显微镜和高速摄像机对微粒子嵌入过程进行实时观测和记录，结合定制的 MATLAB 程序对液滴变形进行量化分析，从而深入探究微粒子的嵌入机制111213。
研究结果
- FAME 平台实现微粒子高效嵌入液滴：FAME 平台借助表面声波（SAW），能够将微粒子从氟化油（FC - 40）载体流体快速（<100 ms）嵌入纳升大小的水滴中，且在 10 - 150 MHz 的宽频率范围内都具有较高的注射效率。该平台通过两种不同的机制在不同频率范围运行：在高频（100 - 150 MHz）时，声辐射力克服界面张力使微粒子穿透水 - 油界面进入液滴；在低频（10 - 30 MHz）时，声波使液滴变形，液滴恢复球形的过程中将微粒子包裹12。
- 液滴和微粒子对声波响应不同：实验表明，不同大小的液滴和微粒子在不同频率声波作用下表现出不同的行为。随着 SAW 频率增加，波长从液滴尺寸（~100 μm）转变为微粒子尺寸（~15 μm），声波对微粒子的影响逐渐增强。通过测量液滴变形的偏心率，确定了导致液滴变形最严重的声波频率范围，为微粒子的有效嵌入提供了关键参数34。
- 建立微粒子嵌入模型：基于力分析、数值模拟和不同频率下声学力的特性，研究人员开发了 FAME 系统运行机制的分析模型，描述了低频（~10 MHz）SAW 脉冲驱动的液滴引发包封模式和高频（~150 MHz）SAW 脉冲驱动的微粒子引发注射模式这两种主要的微粒子嵌入模式，并通过实验进行了验证56。
- FAME 平台实现嵌入后操控：FAME 平台不仅能够实现微粒子的高效嵌入，还能在嵌入后对微粒子和液滴进行动态操控。实验验证了液滴在嵌入微粒子后仍能对声波快速响应，并且可以通过声波聚集液滴内的荧光微粒子，展示了该平台在液滴内动态操控微粒子的能力78。
- FAME 平台用于水凝胶微球操控：利用 FAME 系统将不同功能的水凝胶微球嵌入液滴，展示了其在调节微滴环境方面的应用潜力。例如，琼脂糖水凝胶微球在声波作用下能够持续膨胀并分解，释放出内部捕获的分子；立体复合聚乙二醇 - 聚乳酸（PEG - PLA）水凝胶微球则表现出强大的分子捕获能力，可有效捕获液滴中的荧光分子910。
在研究结论和讨论部分，FAME 平台的优势显著。它突破了传统液滴操控技术的局限，实现了多相和跨相操作，为研究固体 - 液体相互作用提供了有力工具，极大地丰富了液滴微流控技术的应用场景。这一平台在药物递送、分子捕获、人工细胞构建等领域展现出巨大的潜力，有望推动这些领域的深入发展。然而，目前该系统也存在一些不足之处，如微粒子嵌入的精度和效率有待提高，微流控设计需要进一步优化以满足高通量检测和药物递送等应用的需求。未来，研究人员将致力于这些方面的改进，通过优化微流控通道结构和换能器设计等方式，进一步挖掘 FAME 技术的潜力，使其能够更好地应用于生物医学工程和合成生物学等领域，为生命科学和健康医学的研究带来更多可能。
