受耳蜗毛细胞感知声波振动的启发，浙江大学的研究团队开发了一种仿生人工纤毛阵列，通过声学共振机制实现对声音信号的可视化解析，并巧用共振原理实现“声控胶囊”来控释药物。该项研究成果24日发表于学术期刊《自然-生物医学工程》。
浙江大学药学院、金华研究院和先进药物递释系统全国重点实验室教授顾臻、研究员王金强为该项成果共同通信作者，研究员魏鑫伟为该工作第一作者。
顾臻说，当外界激励的频率与系统的固有频率匹配时，能量高效传递，振动幅度急剧放大，这是“共振”现象的物理原理。这一原理不仅广泛应用于声学、机械、电磁等工程领域，也为生物医学的创新提供了重要启示。受此启发，研究团队借助三维建模和高精度3D打印技术，模拟耳蜗毛细胞的纤毛结构，设计并制备了具有不同长度直径比的仿生人工纤毛阵列。
实验表明，具有不同直径和不同长度直径比的人工纤毛阵列在声波刺激下可基于声学共振原理产生振动，其共振频率在100-6000赫兹之间，基本涵盖人类听觉常用频率范围。研究团队将不同共振频率组合的纤毛集成于同一阵列，发现其具备在声音频率可视化解析方面的潜力，并进一步证实共振状态下的纤毛可显著加快液体流速，有效促进模型药物在液体环境中的释放与扩散。
图为集成不同仿生纤毛阵列的胶囊型药物递释器件。（浙江大学供图）
研究团队分别将胰岛素和胰高血糖素载于不同长度直径比的仿生纤毛上，构建了胶囊型的声学共振响应性药物递释器件，也就是“声控胶囊”。通过施加不同频率的声波刺激，可选择性触发胰岛素或胰高血糖素的释放。
王金强表示，未来，这一仿生人工纤毛阵列可以进一步优化材料与结构设计，以拓宽频率响应范围，提升对复杂声音信号的解析能力，用于更多个性化任务的执行，包括与脑机接口、电子药物等领域的交叉融合。