超声具有非接触驱动、生物相容性良好及易于芯片集成等优势，在微粒操控和细胞力学研究中具有广阔的应用前景。其中，声表面波技术能够在微流控芯片内构建可调控声场，实现微粒的精准定位与可控力加载。然而，声辐射力的直接实验标定仍面临挑战，限制了其在单细胞力学定量测量中的应用。如何在精准操控微粒的同时，准确确定其施加于细胞的作用力，是实现单细胞力学定量测量的重要前提。

基于表面声波驱动的微球操控、定量力标定及细胞微观力学表征原理示意图

为实现声辐射力的定量表征，近日，中国科学院沈阳自动化研究所科研团队进一步构建了微针-微球力传感探针，科研人员利用经过标定的原子力显微镜悬臂校准微针刚度，并通过记录声场作用下的微针弹性偏转，直接测量微球受到的声辐射力，建立实验相位与作用力之间的对应关系。该方法使声辐射力由模型估算转变为可直接测量、可实验标定的物理量，为皮牛顿至纳牛顿量级的可控力加载提供了依据。

在此基础上，科研团队利用声场驱动直径5微米的二氧化硅微球，对贴壁C2C12成肌细胞进行局部压入实验。通过相位调节控制微球接近、压入及离开细胞，并结合实时显微成像记录细胞形变，实现了声场远程驱动下的单细胞局部力学测量。实验观察到，微球撤离后相应压入形变消失，表明在所测试条件下细胞形变具有可逆性。

图为声学辐射力（ARF）驱动微球与细胞膜发生相互作用，引起局部细胞膜变形

该研究建立了集微球操控、声辐射力标定与单细胞力学测量于一体的实验方法，拓展了声表面波技术在定量细胞力学研究中的应用。凭借相位可编程操控和芯片集成潜力，该平台有望进一步用于细胞局部力学差异、力学信号转导及动态响应研究，并为未来开展自动化、多细胞并行力学分析提供技术基础。

该成果以Accurate control of microspheres by surface acoustic waves for quantitative force characterization and cell mechanics measurement为题发表在国际期刊Acta Biomaterialia，沈阳自动化所博士研究生曲恒超为论文第一作者，沈阳建筑大学梁文峰教授和沈阳自动化所刘连庆研究员为通讯作者。

该研究获得了国家自然科学基金、新基石科学基金会“科学探索奖”、辽宁省自然科学基金计划博士科研启动项目及沈阳自动化所基础研究项目支持。（机器人学研究室）

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.actbio.2026.07.028

DOI: 10.1016/j.actbio.2026.07.028