Doble bobler gennemborer med mindre besvær

To mikroskopiske bobler er bedre end en til at trænge ind i bløde materialer, afslutter en ny undersøgelse af ingeniører ved University of California, Riverside.

Optisk kavitation, som bruger en laser til at danne bobler i en væske, der ekspanderer hurtigt og derefter falder sammen, kunne være en sikker måde til hurtigt og effektivt at levere terapeutiske midler, såsom medicin eller gener, direkte ind i levende celler. Nuværende metoder til indføring af fremmedlegemer i celler, kendt som transfektion, stole på at punktere den ydre membran med en laser, som risikerer varmeskader på cellen, eller en pipette, som risikerer forurening.

Selvom den ikke er helt klar til prime time endnu, forskere forbedrer optiske kavitationsteknikker. Det nye papir viser, at to bobler producerer lange, fine stråler, der trænger langt nok ind med kun fem pulser til at gøre kavitation potentielt egnet til transfektion eller kanylefri injektioner.

"Undersøgelsen af ​​kavitationsbobler har udviklet sig relativt hurtigt, fra at lære at undgå den skade, de forårsager på skibets propeller til fordel for medicinlevering, "sagde Vicente Robles, en doktorand ved Marlan og Rosemary Bourns College of Engineering, der ledede undersøgelsen. "Den største begrænsning for deres applikationer er vores kreativitet."

Kavitationsbobler er mikronstørrelse og lever kun i en brøkdel af et sekund, men skab stærke, lokale ændringer i det omgivende mediet fysiske egenskaber, gør dem til førende kandidater til lokaliseret rengøring af overflader, cellemålretning, og opvarmning eller køling.

I konfigurationer med dobbeltboble, en boble falder hurtigere sammen og fremskynder naboboble til at vende og gennembore sig selv, udsender en hurtig jet, der kunne, hvis kraftig nok, også gennembore en cellemembran og muligvis bruges til at transficere en celle. Imidlertid, jetens hastighed, kraft, og bane er stærkt påvirket af de mekaniske egenskaber af mediet, der omgiver det, og boblernes rumlige og tidsmæssige adskillelser.

Robles startede med at bruge lasere til at skabe bobler, der danner vandstråler rettet mod et medium. Derefter sammenlignede han enkelt- og dobbeltboblestråler rettet mod både vaselin og en gennemsigtig agargel, der i vid udstrækning blev brugt til at modellere humant væv.

Dobbeltbobleprocessen skabte aflang, hurtig, fokuserede stråler, der steg i længde og volumen, når de blev rettet mod agargelen. Kun fem pulser trængte ind 1,5 millimeter - nok til at gennembore menneskelig hud. Dette blev opnået uden de specielle mikro-dyser, der blev brugt i eksisterende laserinjektionssystemer. I vaselin, dobbeltboblestråling producerede den samme gennemtrængningslængde som enkeltboblestråling, men med en 45% reduktion i skadeområdet, muligvis resultere i mindre termisk og stødbølgeskade på det omgivende medium, og tre gange længere væk.

"Brugen af ​​et laserinduceret dobbeltboble-arrangement er en betydelig fordel i forhold til tidligere undersøgelser, som er afhængige af en konvergerende dyse eller et hulrum under tryk for at producere kraftige dyser, "professor i maskinteknik og seniorforfatter Guillermo Aguilar." Her, vi drager fordel af den iboende fysik ved det asynkrone kollaps af to bobler for at fremskynde strålen, der gennemborer den nærliggende overflade. "

Undersøgelsen konkluderer, at dobbeltboble-kavitation kan tilbyde kompakt, enhedsfrie alternativer til nålefri applikationer efter yderligere undersøgelse og forbedringer.

Papiret, "Perforering af blødt materiale via dobbeltboble laserinducerede kavitationsmikrostråler, "udgives i Væskers fysik .