科技日報訊 （記者江耘）10月22日，記者從浙江大學(xué)獲悉，該校藥學(xué)院、金華研究院顧臻教授、王金強(qiáng)研究員團(tuán)隊開發(fā)了一種仿生人工纖毛陣列，可通過聲學(xué)共振機(jī)制實現(xiàn)對聲音信號的可視化解析，并利用可聽頻率聲波實現(xiàn)共振響應(yīng)性藥物遞釋。相關(guān)研究日前發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《自然·生物醫(yī)學(xué)工程》。

人類感知聲音的過程很精巧——耳蝸中的基底膜和毛細(xì)胞隨著外部聲波信號產(chǎn)生振動，毛細(xì)胞通過其高度特化的纖毛束的偏轉(zhuǎn)，將聲波振動轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號。這一過程中，毛細(xì)胞頂部的纖毛結(jié)構(gòu)發(fā)揮了重要作用。受此啟發(fā)，研究團(tuán)隊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)計并制備了具有不同長度直徑比的仿生人工纖毛陣列。

“簡言之，當(dāng)外界刺激的頻率與人工纖毛陣列的固有頻率匹配時，能量高效傳遞，振動幅度急劇放大。”王金強(qiáng)介紹，實驗表明，具有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(xué)共振原理產(chǎn)生共振，其共振頻率為100—6000赫茲，基本涵蓋人類聽覺常用頻率范圍。

研究團(tuán)隊將不同共振頻率組合的纖毛集成于同一陣列，發(fā)現(xiàn)在鋼琴曲和語音等聲音信號的刺激下，纖毛陣列的振動響應(yīng)模式與聲音信號時頻圖基本一致，顯示出其在聲音頻率可視化解析方面的潛力。團(tuán)隊進(jìn)一步研究證實，共振狀態(tài)下的纖毛可顯著加快液體流速，可有效促進(jìn)模型藥物在液體環(huán)境中的釋放與擴(kuò)散。

在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊分別將胰島素和胰高血糖素搭載于不同長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，并在1型糖尿病模型小鼠身上驗證了藥物遞釋器件雙向調(diào)控血糖的功能。

“通過施加不同頻率的聲波刺激，這一器件可選擇性觸發(fā)胰島素或胰高血糖素的釋放。”顧臻告訴記者，未來，這一仿生人工纖毛陣列可以進(jìn)一步優(yōu)化其材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計，以拓寬頻率響應(yīng)范圍，提升對復(fù)雜聲音信號的解析能力，用于執(zhí)行更多個性化任務(wù)。