CN114181827B - 一种生物组装体的生成系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种生物组装体的生成系统及方法，通过采用包括阵列排布的多个阵元的超声换能器阵列，向培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱样式，并配合不同声阱按时间比例进行组合形成不同的复合声阱样式，使得类器官等生物单元在声阱中或复合声阱中受到声辐射力作用，从而对生物单元进行精准选择、位置移动、角度调整、定向排列、夹紧组装等精细化操控，进而可以构建出复杂排列结构的生物组装体，有利于探究不同类型生物单元之间的作用演化机理，为研究人类或其他生物的组织或器官以及病例过程提供趋近真实的模型。

Description

一种生物组装体的生成系统及方法

技术领域

本申请涉及生物医学工程下属的组织工程和生物制造技术领域，尤其涉及一种生物组装体的生成系统及方法。

背景技术

在生物组织工程和制造技术领域，将多种类型的细胞进行有序地排列和组装，形成生物组装体，有利于探究不同类型细胞之间的作用演化机理，可以为研究人类或其他生物的组织或器官以及病例过程提供趋近真实的模型，从而具有重要的意义。例如，类器官(Organoids)是由人类或其他生物的多功能干细胞通过诱导分化，重现组织关键生理特征和特定结构的三维(3D)细胞培养物。将不同种类的类器官按照特定顺序、结构组装共培养后可以得到在构造和功能上更趋近真正的人体组织或其他生物组织的组合体，这些组合体被称为类组装体(Assembloids)。由于不同类型的类器官等样本的交流和功能实现都基于一定的形状结构信号，因此，为了实现特定的组织功能，并引导特定的分化方向，需要对类器官等样本按照特定的结构进行排列和组装。

然而，现有的对类器官等样本进行排列和组装的方法，通常缺乏在空间上对类器官等样本进行精准选择、定向排列以及角度调整的能力，无法实现对类器官等样本的精细化操控，从而限制了复杂排列结构的生物组装体的构建。因此，如何对类器官等样本进行精细化操控，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种生物组装体的生成系统及方法，以实现对类器官等样本的精细化操控。

为实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：

一种生物组装体的生成系统，包括：

培养容器，所述培养容器用于承载培养基；

超声换能器阵列，所述超声换能器阵列包括呈阵列排布的多个阵元，以通过调控各个所述阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱，从而利用所述声阱，或者将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱以利用所述复合声阱，对置于所述培养基内的生物单元进行操控，生成生物组装体。

可选的，所述培养容器具有开口，所述生成系统还包括：

操控盖，所述操控盖覆盖所述培养容器的开口，且所述操控盖的中心区域具有凹槽，所述凹槽的底部为声透性介质层，所述凹槽内承载有耦合介质，以将所述超声换能器阵列置于所述凹槽内的耦合介质中，向所述培养基内产生多个聚焦点声场；

其中，所述耦合介质的声阻抗与所述培养基的声阻抗相同。

可选的，所述培养容器具有输入端和输出端，所述培养容器的输入端与所述培养基的输入管相连通，所述培养容器的输出端与所述培养基的输出管相连通；

所述培养容器的输入端和输出端之间的部分具有窗口，所述超声换能器阵列通过所述窗口嵌入到所述培养容器内，以使得所述超声换能器阵列直接置于所述培养基内，或通过耦合介质，向所述培养基内产生多个聚焦点声场。

一种生物组装体的生成方法，应用于生物组装体的生成系统，所述生成系统包括培养容器和超声换能器阵列，所述超声换能器阵列包括呈阵列排布的多个阵元，所述生成方法包括：

利用所述培养容器承载培养基；

通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱，从而利用所述声阱，或者将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱以利用所述复合声阱，对置于所述培养基内的生物单元进行操控，生成生物组装体。

可选的，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱包括：

通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，形成涡旋声阱，N为不小于4的整数；

其中，所述涡旋声阱的孔径大小通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值进行调节。

可选的，所述N个聚焦点声场沿顺时针依次产生，且所述N个聚焦点声场的相位等差变化，所述涡旋声阱为正向涡旋声阱；

或，所述N个聚焦点声场沿逆时针依次产生，且所述N个聚焦点声场的相位等差变化，所述涡旋声阱为反向涡旋声阱。

可选的，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，形成涡旋声阱包括：

在第一时间段，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内沿顺时针依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，且所述N个聚焦点声场的相位等差变化，形成正向涡旋声阱；

在第二时间段，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内沿逆时针依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，且所述N个聚焦点声场的相位等差变化，形成反向涡旋声阱；

将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱包括：

将所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按时间比例进行组合形成复合声阱。

可选的，所述N个聚焦点声场的幅值均相等，所述涡旋声阱为对称涡旋声阱；

或，所述N个聚焦点声场中，至少有两个聚焦点声场的幅值不相等，所述涡旋声阱为非对称涡旋声阱。

可选的，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱包括：

通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生两个相位差为π且幅值相等的聚焦点声场，形成双阱。

可选的，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱包括：

在第三时间段内，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，形成涡旋声阱，其中，N为不小于4的整数；

在第四时间段内，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生两个相位差为π且幅值相等的聚焦点声场，形成双阱；

将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱包括：

将所述涡旋声阱和所述双阱按时间比例进行组合形成复合声阱。

与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：

本申请实施例所提供的生物组装体的生成系统，包括：培养容器，所述培养容器用于承载培养基；超声换能器阵列，所述超声换能器阵列包括呈阵列排布的多个阵元，以通过调控各个所述阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱，从而利用所述声阱，或者将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱以利用所述复合声阱，对置于所述培养基内的生物单元进行操控，生成生物组装体。由于所述超声换能器阵列向所述培养基内产生的是聚焦点声场，且聚焦点声场的位置可以进行调整设置，因此，所述超声换能器阵列能够围绕所述生物单元周围产生由多个聚焦点声场叠加形成的声阱，或由不同声阱按时间比例进行组合形成的复合声阱，使得所述生物单元在所述声阱或所述复合声阱中受到声辐射力的作用，从而对所述生物单元进行精准选择、位置移动、角度调整、定向排列、夹紧组装等精细化操控，进而可以构建出复杂排列结构的生物组装体，有利于探究不同类型生物单元之间的作用演化机理，为研究人类或其他生物的组织或器官以及病例过程提供趋近真实的模型。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一个实施例所提供的生物组装体的生成系统的结构示意图；

图2为本申请一个实施例所提供的生物组装体的生成系统中，超声换能器阵列的结构示意图；

图3为超声换能器阵列产生的一个聚焦点声场的聚焦点示意图、XY平面声场仿真图和YZ平面声场仿真图；

图4为本申请另一个实施例所提供的生物组装体的生成系统的结构示意图；

图5为超声换能器阵列产生的正向对称涡旋声阱的聚焦点示意图、XY平面声场仿真图和YZ平面声场仿真图；

图6为超声换能器阵列产生的大孔径涡旋声阱的聚焦点示意图、XY平面声场仿真图和YZ平面声场仿真图；

图7为超声换能器阵列产生的反向对称涡旋声阱的聚焦点示意图、XY平面声场仿真图和YZ平面声场仿真图；

图8为超声换能器阵列产生的非对称涡旋声阱的聚焦点示意图、XY平面声场仿真图和YZ平面声场仿真图；

图9为超声换能器阵列产生的双阱的聚焦点示意图、XY平面声场仿真图和YZ平面声场仿真图；

图10为本申请一个实施例所提供的生物组装体的装配流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本申请结合示意图进行详细描述，在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

正如背景技术部分所述，如何对类器官等样本进行精细化操控，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

下面以现有的通过类器官构建类组装体的方法为例，对上述技术问题进行具体说明。发明人研究发现，目前通过类器官构建类组装体的方法，通常包括以下几种：

一是采用移液枪吸取移动类器官，依靠培养容器的曲率或者重力进行被动式的接触共培养，但这种方法无法调节类器官的接触位点，可操作尺寸受到移液枪枪头尺寸的限制，且移液枪较大的负压会导致类器官在转移过程中受到较大的损伤；

二是向类器官侵入铁磁性颗粒，然后通过调制磁场使得类器官聚集接触共培养，但这种方法会对类器官具有侵入性，从而对类器官的生理活性产生潜在的影响；

三是利用超声换能器产生驻波或者表面波使得类器官受到声辐射力的作用接触共培养，其中，产生驻波的超声换能器通常包括两个对称放置的阵元，或者一个阵元和一个强反射面，产生平面波的超声换能器通常为对衬放置的几个叉指换能器，虽然这种方法能够对类器官实现一些简单的操控行为，但由于这种方法只能对所有类器官进行集体性操控，无法定向选择操控对象；

四是通过声透镜(例如人工声学结构或声学匹配层微图案结构)对超声换能器产生的体超声波声场进行调制，使得类器官受到体超声波的声场辐射力作用向预设的方向排列聚集组装，实现对类器官非接触非侵入的操控，但目前这种方法需要加工制造相应的声透镜来改变声场，且形成的声场为单一固定的声场，不能根据实际情况进行动态变化。

另外，方法三和方法四还需要设计特定结构的组装腔室，对现有的标准生物培养耗材的兼容性差。

由此可见，现有的几种通过类器官构建类组装体的方法，均缺乏在空间上对类器官进行精准选择、定向排列以及角度调整的能力，无法实现对类器官的精细化操控，从而限制了复杂排列结构的类组装体的构建。

需要说明的是，本申请所解决的技术问题并不限于类器官这一操控对象，也同样适用于细胞、细胞球、胚胎、微颗粒、微组织、载药颗粒，或者水凝胶包埋的细胞、细胞球、类组装体及微组织等各种生物单元。

基于上述研究的基础上，本申请实施例提供了一种生物组装体的生成系统，如图1所示，该生成系统包括：

培养容器100，所述培养容器用于承载培养基110；

超声换能器阵列200，如图2所示，所述超声换能器阵列包括呈阵列排布的多个阵元20，以通过调控各个所述阵元20的相位和幅值，向所述培养基110内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱，从而利用所述声阱，或者将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱以利用所述复合声阱，对置于所述培养基110内的生物单元进行操控，生成生物组装体。

可选的，所述生物单元包括类器官、细胞、细胞球、胚胎、微颗粒、微组织、载药颗粒，或者水凝胶包埋的细胞、细胞球、类组装体及微组织等，所述生物单元进行定向排列和组装后生成的组合体为所述生物组装体。

需要说明的是，在实际应用中，所述超声换能器阵列200中每个阵元20与多通道电子激励系统的对应通道相连接，多通道电子激励系统可以独立地控制每一个阵元20发射超声波的相位、幅值和波形等。具体工作时，多通道电子激励系统向所述超声换能器阵列200发射脉冲序列，使得所述超声换能器阵列200中各个阵元20按照预先规定的延迟时间逐次被激励，从而使得所述超声换能器阵列200中各个阵元20发射的超声波在目标点位置进行叠加，进而在目标点位置形成聚焦点声场，并且，在一个脉冲序列的激励下，所述超声换能器阵列200能够在不同的目标点位置依次产生聚焦点声场，通过调控各个阵元20发射超声波的相位和幅值，可以实现聚焦点的位置、大小以及声束方向的变化。

可选的，在本申请的一个实施例中，所述超声换能器阵列200为超声相控阵列，超声相控阵列特指超声换能器阵列中，阵元和阵元之间的间隔小于1/2发射波长的情况类型。由于所述超声换能器阵列中阵元间距越小，所述超声换能器阵列的相控聚焦能力越强，因此，超声相控阵列的相控聚焦能力相对更强，即超声相控阵列产生的动态聚焦点声场的范围更大。

本申请对所述超声换能器阵列的具体形式并不做限定，可以是如图2所示的一维线阵，也可以是弧面矩阵、环形阵、扇形阵、二维矩阵等等，且本申请对所述超声换能器阵列的各项参数并不做限定，可以根据各种不同的应用环境选定不同的频率、阵元数、阵元间距、阵元分布方案等。

具体的，图3给出了所述超声换能器阵列200产生的一个聚焦点声场的聚焦点示意图、XY平面声场仿真图和YZ平面声场仿真图，其中，结合图1和图3所示，XY平面平行于所述超声换能器阵列200的表面，且XY平面对应所述超声换能器阵列200的操控区域，YZ平面垂直于所述超声换能器阵列200的表面，从图3可以看出，XY平面和YZ平面的白色区域为强场区域，白色越亮，说明声场越强。

需要说明的是，由于类器官这类生物单元的自身结构致密，因此，所述生物单元的声阻抗大于所述培养基的声阻抗，使得所述生物单元在声场中受到的声辐射力由强场位置指向弱场位置，要想利用声辐射力对所述生物单元进行操控，需要将多个所述聚焦点声场进行叠加，形成不同的声阱，或者将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱，从而将所述生物单元捕获在所述声阱中或所述复合声阱中，使得所述生物单元在所述声阱中或所述复合声阱中受到声辐射力作用，实现对所述生物单元的操控。

还需要说明的是，由前述已知，在一个脉冲序列的激励下，所述超声换能器阵列200能够在不同的目标点位置依次产生聚焦点声场，其中，所述超声换能器阵列200产生两个聚焦点声场的时间间隔可以仅为微秒量级，如2微秒-3微秒，因此，所述超声换能器阵列200可以在非常短的时间内，连续产生多个聚焦点声场，使得多个聚焦点声场可以叠加形成不同的声阱。

并且，由于激励所述超声换能器阵列200产生两个所述声阱的脉冲序列的时间间隔也非常短，只有百毫秒级别，例如100毫秒-400毫秒，因此，进一步地，还可以将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱，使得置于所述培养基内的生物单元在所述声阱或所述复合声阱中受到声辐射力的作用，从而对所述生物单元进行精准选择、位置移动、角度调整、定向排列、夹紧组装等精细化操控，进而可以构建出复杂排列结构的生物组装体。具体的，所述声阱和所述复合声阱的样式，以及置于所述培养基内的生物单元如何在所述声阱或所述复合声阱中受到声辐射力的作用，从而对所述生物单元进行精准选择、位置移动、角度调整、定向排列、夹紧组装等精细化操控，在本申请实施例所提供的生物组装体的生成方法对应的各实施例中进行具体阐述。

由此可见，本申请实施例所提供的生成系统，由于采用包括阵列排布的多个阵元的超声换能器阵列，因此，可以通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，且聚焦点声场的位置可以进行调整设置，使得所述超声换能器阵列能够围绕所述生物单元周围产生由多个聚焦点声场叠加形成的声阱，或由不同声阱按时间比例进行组合形成的复合声阱，从而使得所述生物单元在所述声阱或所述复合声阱中受到声辐射力的作用，以对所述生物单元进行精准选择、位置移动、角度调整、定向排列、夹紧组装等精细化操控，进而可以构建出复杂排列结构的生物组装体，有利于探究不同类型生物单元之间的作用演化机理，为研究人类或其他生物的组织或器官以及病例过程提供趋近真实的模型。

需要说明的是，在实际应用中，对所述生物单元构建所述生物组装体的培养环境要求比较严格，尤其不能受到外界环境对所述培养基的污染，因此，所述培养容器需要进行密封。然而，如图1所示，所述超声换能器阵列200通常位于超声探头210的顶部，可以看到，所述超声探头210不仅包括所述超声换能器阵列200，还具有外壳等其他构件，当利用所述超声探头210中的超声换能器阵列200向所述培养容器100内的培养基110发射超声波时，如果所述超声换能器阵列200发射的超声波经过其他的介质，比如经过密封盖和空气，再进入所述培养基内，那么，所述超声换能器阵列200发射的超声波会在密封盖表面，以及空气与培养基的交界面进行反射，导致进入到所述培养基110内的超声波较少，影响聚焦点声场的形成，并且，随着所述超声换能器阵列200的频率越高，它产生的聚焦点声场越集中，即其相控聚焦能力越强，但发射的超声波的传输距离却越短，因此，这就要求所述超声换能器阵列200能够置于所述培养基110内，以向所述培养基110内产生聚焦效果较好的声场。

由上述分析可知，这既要求对所述培养容器100进行密封，以将所述培养容器的内部培养环境和外界环境隔离，防止污染，又要求将所述超声探头210顶部的超声换能器阵列200伸入到所述培养容器100内的培养基110内，以向所述培养基110内产生聚焦效果较好的声场，此时，如果所述培养容器仅为标准生物培养皿，很显然无法满足上述需求。

有鉴于此，在上述实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，如图1所示，所述培养容器100具有开口，所述生成系统还包括：

操控盖300，所述操控盖300覆盖所述培养容器100的开口，且所述操控盖300的中心区域具有凹槽，所述凹槽的底部为声透性介质层310，所述凹槽内承载有耦合介质320，以将所述超声换能器阵列200置于所述凹槽内的耦合介质320中，向所述培养基110内产生多个聚焦点声场；

其中，所述耦合介质320的声阻抗与所述培养基110的声阻抗相同。

由此可见，在本实施例中，首先，所述操控盖300和位于所述操控盖300中心区域凹槽底部的声透性介质层310将所述培养容器100进行密封，使得所述培养容器100的内部培养环境与外界环境隔离，防止污染；其次，所述操控盖300中心区域的凹槽内承载有耦合介质320，可以将所述超声换能器阵列200置于所述耦合介质中，向所述培养基110内产生多个聚焦点声场，由于所述耦合介质320的声阻抗与所述培养基110的声阻抗相同，且所述耦合介质320的底部是声透性介质层310，声透性介质层310可以使得超声波透过而不损伤，因此，所述超声换能器阵列200产生的超声波经过所述耦合介质320和所述声透性介质层310能够全部进入到所述培养基110内，相当于将所述超声换能器阵列200直接置于所述培养基110内产生聚焦点声场。

可选的，所述声透性介质层310为声透性薄膜，本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

可选的，所述耦合介质320为纯水、超声耦合剂以及超声耦合垫片等，本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

需要说明的是，本实施例所提供的生成系统，由于采用所述操控盖300，使得所述超声换能器阵列200通过所述操控盖300承载的耦合介质320以及所述操控盖300中心区域底部的声透性介质层310与所述培养基110耦合，因此，可以直接利用现有的标准生物培养皿作为所述培养容器，即该生成系统与现有的细胞培养耗材和细胞培养环境相兼容。

当然，可选的，在本申请的另一个实施例中，所述培养容器也可以为自制的非标准培养容器，具体的，所述培养容器具有输入端和输出端，所述培养容器的输入端与所述培养基的输入管相连通，所述培养容器的输出端与所述培养基的输出管相连通；

所述培养容器的输入端和输出端之间的部分具有窗口，所述超声换能器阵列通过所述窗口嵌入到所述培养容器内，以使得所述超声换能器阵列直接置于所述培养基内，或通过耦合介质，向所述培养基内产生多个聚焦点声场。

需要说明的是，在本实施例中，所述超声换能器阵列经杀菌消毒后可以通过预设的所述窗口严实地耦合进所述培养容器内，以使得所述超声换能器阵列直接置于所述培养基内，或通过耦合介质，向所述培养基内产生多个聚焦点声场。

可选的，在本实施例中，所述耦合介质可以是超声耦合剂以及超声耦合垫片等。

可选的，在本实施例中，所述培养容器可以为自制的微流控腔道、组装腔室等。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图4所示，所述生成系统还包括：

倒置显微镜物镜400和显微镜载物台410，其中，所述显微镜载物台410用于承载所述培养容器100，所述倒置显微物镜物镜400用于观察所述培养容器100中所述生物单元和/或所述生物组装体的形态。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图4所示，所述生成系统还包括：

保温外壳500；和/或加热片510；和/或恒温控制模块520，以保证所述培养容器100内的培养温度满足培养需求，例如，所述培养容器100内的培养温度保持在恒温37摄氏度，其中，所述加热片510可以是硅胶加热片。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，如图4所示，所述生成系统还包括：

透明视窗600，从而可以透过所述透明视窗600观察所述培养容器100中所述生物单元和/或所述生物组装体的形态，由于所述生物单元或所述生物组装体的尺寸不同，因此，有些生物单元或生物组装体可以从所述透明视窗600中直接人眼观察到，有些生物单元或生物组装体则需要通过所述倒置显微镜物镜400进行观察。可选的，所述透明视窗600为可拆卸的透明视窗。

本申请实施例还提供了一种生物组装体的生成方法，应用于上述任一实施例所提供的生物组装体的生成系统，如图1所示，所述生成系统包括培养容器100和超声换能器阵列200，如图2所示，所述超声换能器阵列200包括呈阵列排布的多个阵元20，所述生成方法包括：

S100：利用所述培养容器100承载培养基110；

S200：通过调控所述超声换能器阵列200中各个阵元20的相位和幅值，向所述培养基110内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱，从而利用所述声阱，或者将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱以利用所述复合声阱，对置于所述培养基110内的生物单元进行操控，生成生物组装体。

可选的，所述生物单元包括类器官、细胞、细胞球、胚胎、微颗粒、微组织、载药颗粒，或者水凝胶包埋的细胞、细胞球、类组装体及微组织等，所述生物单元进行定向排列和组装后生成的组合体为所述生物组装体。

具体的，图3给出了所述超声换能器阵列200产生的一个聚焦点声场的聚焦点示意图、XY平面声场仿真图和YZ平面声场仿真图，其中，结合图1和图3所示，XY平面平行于所述超声换能器阵列200的表面，且XY平面对应所述超声换能器阵列200的操控区域，YZ平面垂直于所述超声换能器阵列200的表面，从图3可以看出，XY平面和YZ平面的白色区域为强场区域，白色越亮，说明声场越强。

需要说明的是，由于类器官这类生物单元的自身结构致密，因此，所述生物单元的声阻抗大于所述培养基的声阻抗，使得所述生物单元在声场中受到的声辐射力由强场位置指向弱场位置，要想利用声辐射力对所述生物单元进行操控，需要将多个所述聚焦点声场进行叠加，形成不同的声阱，或者将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱，从而将所述生物单元捕获在所述声阱中或所述复合声阱中，使得所述生物单元在所述声阱中或所述复合声阱中受到声辐射力作用，实现对所述生物单元的操控。

还需要说明的是，由前述已知，在一个脉冲序列的激励下，所述超声换能器阵列200能够在不同的目标点位置依次产生聚焦点声场，其中，所述超声换能器阵列200产生两个聚焦点声场的时间间隔可以仅为微秒量级，如2微秒-3微秒，因此，所述超声换能器阵列200可以在非常短的时间内，连续产生多个聚焦点声场，使得多个聚焦点声场可以叠加形成不同的声阱。

并且，由于激励所述超声换能器阵列200产生两个所述声阱的脉冲序列的时间间隔也非常短，只有百毫秒级别，例如100毫秒-400毫秒，因此，进一步地，还可以将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱，使得置于所述培养基内的生物单元在所述声阱或所述复合声阱中受到声辐射力的作用，从而对所述生物单元进行精准选择、位置移动、角度调整、定向排列、夹紧组装等精细化操控，进而可以构建出复杂排列结构的生物组装体。

可选的，在本申请的一个实施例中，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱包括：

通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，形成涡旋声阱，N为不小于4的整数；

其中，所述涡旋声阱的孔径大小通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值进行调节。

具体的，如图5和图6所示，以通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的八个聚焦点声场为例进行说明，从图中可以看出，由于这八个聚焦点声场在中心位置处进行叠加，因此，可以形成涡旋声阱，所述涡旋声阱的中心区域为弱场区域，周围被强场所包围，使得所述生物单元可以被捕获在所述涡旋声阱的中心弱场区域。并且，所述涡旋声阱的孔径λ大小可以通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值进行调节，所述涡旋声场的孔径λ为这八个聚焦点声场中任一聚焦点声场的聚焦点距离中心位置的距离，对比图5和图6可以看出，图6中涡旋声阱的孔径λ大于图5中涡旋声阱的孔径λ。

如果所述N个聚焦点声场沿顺时针依次产生，如图5和图6所示，即通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内沿顺时针依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，且所述N个聚焦点声场的相位等差变化，例如，图5和图6所示的八个聚焦点声场的相位沿着圆周以π/8等差变化，则所述涡旋声阱为正向涡旋声阱。需要说明的是，所述正向涡旋声阱会对置于其中心弱场区域的生物单元产生沿顺时针方向的切向力。

如果所述N个聚焦点声场沿逆时针依次产生，如图7所示，即通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内沿逆时针依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，且所述N个聚焦点声场的相位等差变化，例如，图7所示的八个聚焦点声场的相位沿着圆周以π/8等差变化，则所述涡旋声阱为反向涡旋声阱。需要说明的是，所述反向涡旋声阱会对置于其中心弱场区域的生物单元产生沿逆时针方向的切向力。

在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，形成涡旋声阱包括：

在第一时间段，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内沿顺时针依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，且所述N个聚焦点声场的相位等差变化，形成正向涡旋声阱；

在第二时间段，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内沿逆时针依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，且所述N个聚焦点声场的相位等差变化，形成反向涡旋声阱；

将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱包括：

将所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按时间比例进行组合形成复合声阱。

由前述已知，所述正向涡旋声阱会对置于其中心弱场区域的生物单元产生沿顺时针方向的切向力，所述反向涡旋声阱会对置于其中心弱场区域的生物单元产生沿逆时针方向的切向力，此时，无论是沿顺时针方向的切向力，还是沿逆时针方向的切向力，均可能使得所述生物单元的转速较大，而要使所述生物单元精确转向时，通常需要缓慢地转动所述生物单元，因此，在本实施例中，在第一时间段，产生正向涡旋声阱，在第二时间段，产生反向涡旋声阱，从而将所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按时间比例进行组合形成复合声阱，以调节所述复合声阱对所述生物单元产生的切向力，进而调节所述生物单元的转速。

需要说明的是，由前述已知，所述超声换能器阵列每产生一个正向涡旋声阱或反向涡旋声阱的时间很短，为毫秒级别，因此，在所述超声换能器阵列产生一个复合声阱的时间周期内，可以分配产生所述正向涡旋声场的时间段和产生所述反向涡旋声场的时间段，从而调节所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱的占空比，例如，所述复合声阱总共由10个涡旋声阱组成，其中，有3个正向涡旋声阱和7个反向涡旋声阱，那么，所述复合声阱也呈现出反向涡旋声阱的特性，只不过所述复合声阱产生的沿逆时针的切向力相对于反向涡旋声阱更小，从而使得所述生物单元可以缓慢地转向。当然，如果有5个正向涡旋声阱和5个反向涡旋声阱，即所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱的占空比相等，那么，所述复合声阱只捕获所述生物单元，并不会使得所述生物单元转向。

还需要说明的是，参考图5-图7所示，所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按时间比例进行组合后形成的复合声阱，也是中心区域为弱场区域，周围被强场所包围，因此，该复合声阱适合对呈球状且尺寸较小的生物单元进行捕获、移动以及转向操作。

再需要说明的是，所述正向涡旋声阱、所述反向涡旋声阱、以及所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按时间比例进行组合后形成的复合声阱，均可以使得置于其中心弱场区域的生物单元受到切向力(也叫剪切力)的作用，特别对于某些细胞或细胞球来说，它们对这种切向力比较敏感，从而还可以在这种切向力作用下开启这些细胞表面的某些相关蛋白通道，这在生物工程领域具有重要的意义。

如果所述N个聚焦点声场的幅值均相等，如图5-图7所示，所述涡旋声阱为对称涡旋声阱，可以看出，所述对称涡旋声阱的中心区域为弱场区域，周围均匀地被强场区域所包围。当所述生物单元置于所述对称涡旋声阱的中心弱场区域时，所述生物单元受到的声辐射力由四周强场区域均匀地指向中心弱场区域，从而能够对所述生物单元进行精准地捕获。并且，如果所述对称涡旋声阱同时为正向涡旋声阱，则还可以对置于所述对称涡旋声阱的中心弱场区域的生物单元产生沿顺时针方向的切向力，使得所述生物单元沿顺时针方向转向。同样地，如果所述对称涡旋声阱同时为反向涡旋声阱，则还可以对置于所述对称涡旋声阱中的生物单元产生沿逆时针方向的切向力，使得所述生物单元沿逆时针方向转向。

如果所述N个聚焦点声场中，至少有两个聚焦点声场的幅值不相等，所述涡旋声阱为非对称涡旋声阱。例如，如图8所示，以通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的八个聚焦点声场为例进行说明，从图中可以看出，这八个聚焦点声场中，三个聚焦点声场的幅值占这八个聚焦点声场的总幅值的比例分别为1/6、4/6和1/6，其余五个聚焦点声场的幅值占这八个聚焦点声场的总幅值的比例均为0，则该八个聚焦点声场形成的涡旋声场为非对称涡旋声阱，所述非对称涡旋声阱的中心区域为弱场区域，周围围绕不均匀的强场区域。并且，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，可以对所述N个聚焦点声场的幅值(即强度)进行权重分配，形成不同的部分强场包围中心弱场的非对称涡旋声阱。当所述生物单元置于所述非对称涡旋声阱中时，所述生物单元受到的声辐射力由部分包围的强场区域指向中心弱场区域，使得所述生物单元可以定向移动或定向组装。

可选的，在本申请的另一个实施例中，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱包括：

通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生两个相位差为π且幅值相等的聚焦点声场，形成双阱。

具体的，如图9所示，由于该两个相位差为π且幅值相等的聚焦点声场在其中间间隔区域进行叠加，因此，形成双阱。通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，可以调节该两个相位差为π且幅值相等的聚焦点声场的相对位置，从而可以形成不同角度的双阱，其中，所述双阱的角度为该两个相位差为π且幅值相等的聚焦点声场的中心间隔线与水平线的夹角，如图7中α所示。所述双阱可以看作是由两个相对排布的、强度相同的聚焦点组成，这两个强度较高的聚焦点夹持着中间弱场区域，当所述生物单元置于所述双阱的中间间隔区域时，即所述生物单元置于这两个聚焦点夹持的中间弱场区域，所述生物单元受到的声辐射力由这两个聚焦点指向其夹持的中间弱场区域，使得所述生物单元向着这两个聚焦点的中心间隔线的方向进行转向。

在上述各实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱包括：

在第三时间段内，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，形成涡旋声阱，其中，N为不小于4的整数；

在第四时间段内，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生两个相位差为π且幅值相等的聚焦点声场，形成双阱；

将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱包括：

将所述涡旋声阱和所述双阱按时间比例进行组合形成复合声阱。

由于所述生物单元的类型很多，有的生物单元呈球状，尺寸较小，这类生物单元的转向操作采用前面所述的依靠所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按时间比例进行组合产生的复合声阱即可，但对于尺寸较大，形态呈棒状或异形的生物单元，依靠所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按时间比例进行组合产生复合声阱的方式就不太适用，因此，在本实施例中，在第三时间段内，产生涡旋声场，以确保所述生物单元在移动过程中始终处于捕获状态，在第四时间段内，产生双阱，以对所述生物单元进行角度的调整，即在所述超声换能器阵列产生一个复合声阱的时间周期内，可以分配产生所述涡旋声阱的时间段和产生所述双阱的时间段。例如，在t1时间内，产生涡旋声阱，以确保所述生物单元在移动过程中始终处于捕获状态，在t2时间内，产生双阱，以将所述生物单元向预设的方向调整，然后在t3时间内，再次产生涡旋声阱，以确保所述生物单元在移动过程中始终处于捕获状态，在t4时间内，再次产生双阱，以继续将所述生物单元向预设的方向调整。

需要说明的是，在本实施例中，所述涡旋声阱可以是前述正向涡旋声阱、反向涡旋声阱、对称涡旋声阱以及非对称涡旋声阱中的至少一种，所述双阱可以是任意角度的双阱，具体视情况而定。

以上举例说明了通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱情况，以及将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱的情况，所述生物单元可以被捕获在上述的正向涡旋声阱、反向涡旋声阱、对称涡旋声阱、非对称涡旋声阱、不同角度的双阱等声阱的中心弱场区域，也可以被捕获在由不同所述声阱按时间比例进行组合形成的复合声阱的中心弱场区域，下面结合所述生物单元构建所述生物组装体的具体场景，对所述声阱以及所述复合声阱的应用情况进行说明。

当需要将所述生物单元定向排列组装生成所述生物组装体时，先要对所述生物单元进行精准选择的操作，具体的，可以采用所述正向涡旋声阱或所述反向涡旋声阱，也可以采用所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按时间比例进行组合形成的复合声阱，即采用相同或不同占空比的正向涡旋声阱和反向涡旋声阱组合形成的复合声阱，以将所述生物单元包裹在所述正向涡旋声阱或所述反向涡旋声阱或所述复合声阱的中心弱场区域，对所述生物单元进行精准捕获。

对所述生物单元进行精准捕获后，通常需要将所述生物单元移动到装配目标附近。对于所述生物单元的位置移动操作，由于通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，或直接移动所述超声探头，均可以调节所述超声换能器阵列产生的聚焦点声场的位置，从而可以调节多个聚焦点声场叠加形成的声阱的位置，因此，可选的，可以通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，或直接移动所述超声探头，来移动所述超声环能器阵列产生的涡旋声阱的位置，从而利用移动的涡旋声阱定向移动所述生物单元，在移动过程中，所述生物单元始终处于所述涡旋声阱的中心弱场区域。

可选的，当所述超声换能器阵列产生的涡旋声阱位置不变时，还可以采用移动所述培养容器，来移动所述生物单元位于所述培养容器内的位置，从而向装配目标附近移动，在移动过程中，所述生物单元也始终处于所述涡旋声阱的中心弱场区域。

由前述已知，如图4所示，所述生成系统还可以包括：倒置显微镜物镜400和显微镜载物台410，其中，所述显微镜载物台410用于承载所述培养容器100，所述倒置显微物镜物镜400用于观察所述培养容器中所述生物单元和/或所述生物组装体的形态，即所述生物系统兼容于倒置显微镜光学平台，因此，可选的，当所述超声换能器阵列产生的涡旋声阱位置不变时，还可以采用移动光学位移平台，即上述显微镜载物台410，来移动所述生物单元位于所述培养容器内的位置，从而向装配目标附近移动。

当然，在实际应用中，也可以结合调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值、移动所述超声探头、移动所述培养容器以及移动倒置显微镜光学平台，来实现所述生物单元向装配目标的移动。

由于不同类型的生物单元的交流和功能实现都基于一定的形状结构信号，因此，在进行装配前，如果所述生物单元没有按照预定的方向排列，就需要对所述生物单元进行转向。对于所述生物单元的转向操作，由前述已知，第一种，对于尺寸较小、形态呈球状的生物单元，可以采用将所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按时间比例进行组合形成复合声阱的方式，由于所述正向涡旋声阱或所述反向涡旋声阱会对置于其中心弱场区域的生物单元产生相应方向的切向力，使得所述生物单元进行转向操作，并且，通过调节所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱的占空比，可以调整所述生物单元的转速。

由前述已知，第二种，对于尺寸较大，形态呈棒状或异形的生物单元，可以采用所述涡旋声阱和所述双阱按时间比例进行组合形成复合声阱的方式，其中，所述涡旋声阱可以确保所述生物单元在移动过程中始终处于捕获状态，所述双阱可以将所述生物单元向预设的方向进行调整，例如，所述涡旋声阱和所述双阱交替进行，实现所述生物单元的转向操作。

当所述生物单元按照预设的方向进行排列后，如果需要将所述生物单元对准装配目标，还可以采用所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按相同的时间比例进行组合形成复合声阱，即该复合声阱中的正向涡旋声阱和反向涡旋声阱的占空比相同。

通过上述方法对所述生物单元进行精准选择、定向移动以及转向操作后，已将所述生物单元移动至装配目标附近，并对准装配目标，此时，需要将所述生物单元和装配目标进行装配操作，此时，装配操作也有两种实现方式。

第一种，对于生物单元尺寸不大，紧密接触的装配方式，可以通过调节涡旋声阱的孔径大小，使得待装配的生物单元和装配目标都置于涡旋声阱的中心弱场区域，例如，适当将涡旋声阱的孔径调大，使得涡旋声阱的中心弱场区域也变大，从而使得待装配的生物单元和装配目标都置于涡旋声阱的中心弱场区域，实现装配操作。其中，该涡旋声阱可以是单个涡旋声阱，也可以是所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按相同的时间比例进行组合形成的复合声阱。

第二种，对于生物单元尺寸较大，或者生物组装体二次、多次的装配方式，涡旋声阱的中心弱场区域就很难完全包围生物单元和装配目标，此时，可以通过非对称涡旋声阱，使得生物单元被非对称涡旋声阱的强场部分所包围，例如被强场半包围，弱场区域面向装配目标，从而利用声辐射力推动生物单元向装配目标靠近接触，实现装配操作。

完成装配操作形成生物组装体后，生物单元和装配目标一般还没有牢固结合，因此，还需要进行夹紧操作，此时，可以采用调节所述涡旋声阱的孔径大小，例如，缩小所述涡旋声阱的孔径，使得生物单元和装配目标受到由外向内的声辐射力，维持接触的状态。其中，该涡旋声阱可以是单个涡旋声阱，也可以是所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按相同的时间比例进行组合形成的复合声阱。

在实际应用中，为了使得装配对象牢固结合，也可以预先在所述培养容器中实用水凝胶(或者其他生物基质胶)作为锚点，增强生物单元之间的粘附效果，使得形成的生物组装体变得更为稳定。或者，在装配结束之后，利用生物光固化剂维持生物单元和装配目标之间的位置后，再放入细胞培养箱内共培养。再或者，在倒置显微镜的载物平台上，搭建微型细胞培养环境，如图4所示，使得生物组装体在合适的温度及环境下生长牢固后，再转入细胞培养箱内共培养。

如果发现装配的方向和/或位置不对，还可以进行撤销操作，此时，可以同时设置多个聚焦点，使得装配对象由一个声阱中撤离出来，从而使得错误拼装的对象分离。

具体的，在本申请的一个实施例中，如图10所示，首先，利用涡旋声阱精准挑选合适的生物单元，并将该生物单元移动至装配目标附近，然后，再利用涡旋声阱和双阱按时间比例进行组合形成复合声阱，对该生物单元的角度和装配位置进行微调，其次，利用非对称涡旋声阱使得该生物单元向装配目标接触，确认接触后，切换成大孔径的涡旋声阱使得两者紧密接触，实现装配，形成生物组装体，最后，将生物组装体放入培养箱内共培养。其中，图10中虚线代表不同声阱对生物单元的作用效果。

需要说明的是，由于所述超声换能器阵列可以实时向所述培养基内产生聚焦点声场，因此，可以根据置于所述培养基内的生物单元的形态以及位置，实时调整所述超声换能器阵列向所述培养基内产生的聚焦点声场，从而实时变换成不同的声阱样式，对置于所述培养基内的生物单元进行位置、角度进行实时精准的调整，完成定向排列组装，从而可以构建出具有特定空间结构的生物组装体。

还需要说明的是，所述超声环能器阵列产生的多个聚焦点声场叠加后所形成的声阱样式，并不限于上述各实施例所呈现的涡旋声阱、双阱等样式，还可以是操控正、负声对比系数粒子的任意声阱，本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

再需要说明的是，不同所述声阱按时间比例进行组合形成的复合声阱的样式，也不限于上述各实施例所呈现的正反涡旋声阱按时间比例进行组合形成的复合声阱，以及涡旋声阱和双阱按时间比例进行组合形成的复合声阱，还可以是其他的复合声阱样式，本申请对此并不做限定，具体视情况而定。

综上，本申请实施例所提供的生物组装体的生成系统及方法，通过所述超声换能器阵列，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成正反涡旋声阱、对称和非对称涡旋声阱、以及不同角度的双阱等不同声阱样式，并配合不同声阱按时间比例进行组合形成不同的复合声阱样式，使得所述生物单元在所述声阱中或所述复合声阱中受到声辐射力作用，从而对所述生物单元进行精准选择、位置移动、角度调整、定向排列、夹紧组装等精细化操控，进而可以构建出复杂排列结构的生物组装体，有利于探究不同类型生物单元之间的作用演化机理，为研究人类或其他生物的组织或器官以及病例过程提供趋近真实的模型。

本说明书中各个部分采用并列和递进相结合的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种生物组装体的生成系统，其特征在于，包括：

培养容器，所述培养容器用于承载培养基；

超声换能器阵列，所述超声换能器阵列包括呈阵列排布的多个阵元，以通过调控各个所述阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱，从而利用所述声阱，或者将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱以利用所述复合声阱，对置于所述培养基内的生物单元进行操控，生成生物组装体；

所述培养容器具有开口，所述生成系统还包括：

操控盖，所述操控盖覆盖所述培养容器的开口，且所述操控盖的中心区域具有凹槽，所述凹槽的底部为声透性介质层，所述凹槽内承载有耦合介质，以将所述超声换能器阵列置于所述凹槽内的耦合介质中，向所述培养基内产生多个聚焦点声场；

其中，所述耦合介质的声阻抗与所述培养基的声阻抗相同。

2.一种生物组装体的生成方法，其特征在于，应用于生物组装体的生成系统，所述生成系统包括培养容器和超声换能器阵列，所述超声换能器阵列包括呈阵列排布的多个阵元，所述生成方法包括：

利用所述培养容器承载培养基；

通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱，从而利用所述声阱，或者将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱以利用所述复合声阱，对置于所述培养基内的生物单元进行操控，生成生物组装体；

通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱包括：

通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，形成涡旋声阱，N为不小于4的整数；

其中，所述涡旋声阱的孔径大小通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值进行调节；

所述N个聚焦点声场沿顺时针依次产生，且所述N个聚焦点声场的相位等差变化，所述涡旋声阱为正向涡旋声阱；

或，所述N个聚焦点声场沿逆时针依次产生，且所述N个聚焦点声场的相位等差变化，所述涡旋声阱为反向涡旋声阱；

所述N个聚焦点声场的幅值均相等，所述涡旋声阱为对称涡旋声阱；

或，所述N个聚焦点声场中，至少有两个聚焦点声场的幅值不相等，所述涡旋声阱为非对称涡旋声阱；

通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱包括：

通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生两个相位差为π且幅值相等的聚焦点声场，形成双阱；

利用所述声阱，或者将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱以利用所述复合声阱，对置于所述培养基内的生物单元进行操控，生成生物组装体包括：

采用所述正向涡旋声阱，或所述反向涡旋声阱，或所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按时间比例进行组合形成的复合声阱，对所述生物单元进行精准捕获；

对捕获后的生物单元的位置进行定向移动；

采用所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按时间比例进行组合形成的复合声阱，或所述涡旋声阱和所述双阱按照时间比例进行组合形成的复合声阱对所述生物单元进行转向；

采用单个所述涡旋声阱，或所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按时间比例进行组合形成的复合声阱，或所述非对称涡旋声阱，将所述生物单元和装配目标进行装配，并进行夹紧，生成生物组装体。

3.根据权利要求2所述的生成方法，其特征在于，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，形成涡旋声阱包括：

在第一时间段，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内沿顺时针依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，且所述N个聚焦点声场的相位等差变化，形成正向涡旋声阱；

在第二时间段，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内沿逆时针依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，且所述N个聚焦点声场的相位等差变化，形成反向涡旋声阱；

将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱还包括：

将所述正向涡旋声阱和所述反向涡旋声阱按时间比例进行组合形成复合声阱。

4.根据权利要求2所述的生成方法，其特征在于，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内产生多个聚焦点声场，形成不同的声阱包括：

在第三时间段内，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生围绕一中心位置等间隔圆周排列的N个聚焦点声场，形成涡旋声阱，其中，N为不小于4的整数；

在第四时间段内，通过调控所述超声换能器阵列中各个阵元的相位和幅值，向所述培养基内依次产生两个相位差为π且幅值相等的聚焦点声场，形成双阱；

将不同所述声阱按时间比例进行组合形成复合声阱包括：

将所述涡旋声阱和所述双阱按时间比例进行组合形成复合声阱。

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