超声波具有极强的穿透性、指向性、生物相容性和无放射性，因此在医学成像、药物递送、粒子操控等众多领域中具有重要意义，引起研究者的高度关注。聚焦超声作为一种通用的医学诊断技术，被广泛应用于无创外科手术、神经刺激等临床实践中。传统的超声聚焦方法通常依赖于有源相控阵列或曲面透镜。然而，这些方法往往受限于复杂的电路调制系统和有限的聚焦空间分辨率，不可避免地阻碍了简单紧凑型生物医学器件的发展。
近期，课题组成功地设计并通过实验验证了一种用于实现MHz频段水下三维点聚焦和超声刀聚焦的无源式超声聚焦结构，该结构能够实现具有0.63个波长横向分辨率与2.75个波长纵向分辨率的高精度三维聚焦，聚焦频率范围覆盖0.5-1.4 MHz，极大地提高了超声能量作用于指定靶点的精确度和工作带宽；同时，该结构还能进一步丰富对超声能量的聚焦形式，通过将声能量会聚在一个细长的针状区域，实现了宽带超声刀聚焦，该超声刀具有1.33个波长的横向分辨率和16.81个波长的纵向分辨率（纵横比达到12.64），为进一步丰富超声聚焦模式提供了新思路。此外，课题组还探索了超声能量聚焦导致的温升效应，随着超声能量的汇聚，靶向区域的温度显著升高，这有助于对特定生物组织进行分割、消融和凝固等精准超声治疗。
相关研究成果以“Broadband Three-Dimensional Focusing for an Ultrasound Scalpel at Megahertz Frequencies”为题 ，于2021年8月4日发表于Physical Review Applied。我院2019级硕士生何佳杰为第一作者，青年副研究员江雪和他得安教授为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金资助项目、上海市科学技术委员会等支持与资助。（Jiajie He, Xue Jiang*, Hualiang Zhao, Chuanxin Zhang, Yan Zheng, Chengcheng Liu, and Dean Ta*, Physical Review Applied, 16, 024006, 2021）。
