用于多粒子的路由、工程和作的基于流的镊子：Stream

快速阅读: 据《Nature.com》称，本文介绍了一种名为STREAM的工具，用于高精度多粒子操控。通过声流和CNN技术，STREAM可突破尺寸限制。未来将缩小单元尺寸、增加数量，并优化驱动系统以提升响应速度，从而拓展其在高通量应用中的潜力，革新药物筛选和化学分析等领域的流程。

在这项工作中，我们介绍了一种名为STREAM平台的强大工具，用于动态多粒子操作，具备亚波长级别的分辨率。通过利用由压电板阵列产生的声流，并结合卷积神经网络（CNN），STREAM平台能够精确且可控地操控颗粒和样本，突破物理单元尺寸的限制。实验展示了该平台在单粒子路由、同时操控多个粒子以及按需组装样本等方面的能力。

为了进一步增强STREAM平台的功能，未来研究的重点将放在缩小单个单元的尺寸并增加其总体数量。尽管当前原型在毫米尺度上运行，雷诺数（Re）处于O(1)级别，但缩小单个单元的尺寸只会进一步降低Re。这维持了平台的线性特性，确保我们开发的系统设置和控制方法在更小规模的基于STREAM的平台上仍能实现高精度操作。值得一提的是，小型化不仅提高了空间分辨率，还带来了其他好处，例如随着压电元件的活动区域减小，所需的单元驱动功率也会相应减少。另一方面，增加单元数量并小型化每个单元可以让STREAM平台操控更小的粒子并同时处理更多粒子。这种缩放优势可能推动高密度阵列的发展，尽管要实现这一点，还需克服当前的制造限制。

与此同时，未来的改进可以集中在优化驱动系统以获得更快的响应时间。目前的实施方案使用多通道函数发生器，在电压转换过程中引入短暂的瞬态响应，因此需要10秒的步进时间以确保粒子稳定定位（详见“材料与方法”部分）。这一操作约束可通过替代硬件配置来解决，例如采用固定增益的功率放大器或开发基于PCB的多通道电压控制系统。这样的工程优化既能保持平台的精确操控能力，又能显著缩短步进时间。特别是考虑到我们的平台在相对低输入电压下工作，并且通常只需要激活不到50%的单元，基于模块化的PCB方案不仅能改善响应时间，还能提供一种实用的解决方案，在保持合理成本结构的同时扩大单元数量。

这些技术改进，加上潜在的小型化，将进一步拓展平台在高吞吐量、动态粒子操控等领域的应用范围。借助驱动系统和可扩展设计方面的拟议改进，STREAM平台有潜力通过自动化并行处理多个样本阵列革新高吞吐量应用。这一能力可能会改变如快速药物筛选等领域的工作流程，从而实现对大量药物-细胞相互作用的同时测试，并实现自动化化学检测分析中的并行样本处理。此外，它还可以通过促进精确的粒子和液滴操控以及受控合并来增强蛋白质晶体阵列分析。凭借其亚波长分辨率和卓越的多功能性，STREAM平台有可能重新定义精确的微操控，在广泛的科学和工业领域开启突破性的机会。

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