Forskere løser nano -mysterier

En teknik, der en dag kan bruges til tumorterapi og billeddannelse, kan forbedres kraftigt takket være ny indsigt opnået af forskere fra University of Twente, Erasmus MC og TU Delft.

Forskerne fra de tre universiteter løste et mangeårigt mysterium om, hvordan overophedede nanodråber fordamper, når de rammes af en puls af ultralyd. Resultaterne blev offentliggjort sidste måned i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Den billeddannelsesmetode, teamet har arbejdet med, drejer sig om nanodråber af en speciel væske kaldet perfluorcarbon, der kan injiceres i en menneskekrop. Disse dråber kan bevæge sig ud af det vaskulære system og komme ind i rummet mellem tumorcellerne. Ideen er at aktivere disse dråber med en intens ultralydspuls. Denne lyd får dråberne til at fordampe, danner små gasbobler, som kan ses ved hjælp af ultralydsudstyr.

Den samme metode kan også bruges til at administrere giftige lægemidler, der føres ind i tumoren af ​​dråberne. Dette bør ikke have nogen skadelige bivirkninger på sundt væv i resten af ​​kroppen, gør det til en lokaliseret og kontrolleret form for kemoterapi.

Teknikken er stadig i sin vorden. Et vigtigt problem er det faktum, at lydens amplitude skal være meget høj for at fordampe dråberne, selvom det måske ikke er så højt, at der kan opstå skade på sundt væv.

Det lovende ved denne nye forskning er imidlertid, at den viser, hvordan dråberne kan fordampes med lydbølger, der har lige nok energi. Det var kendt, at dråber kunne fordampes med lyd med lavere energi end aktiveringstærsklen for dråberne. Men fysikken bag har været forvirrende forskere i mere end et årti.

Ved hjælp af billeder taget med verdens hurtigste kamera, Brandaris 128, forskerne fra Twente og Rotterdam var i stand til at se, at ultralydet blev fokuseret et enkelt sted i dråben. Dette var ejendommeligt, fordi bølgelængden af ​​den udsendte ultralyd er mange gange større end dråben, forårsager ubetydelig fokusering.

Forklaringen kan findes i et unikt fænomen, der opstår ved udbredelse af ultralyd. Lyd er en bølgebevægelse af højt og lavt tryk, der bevæger sig med lydens hastighed. Imidlertid, i kroppen, et højt tryk formerer sig hurtigere end et lavt tryk, forvrænger bølgen og skaber en chokbølge.

"Faktisk, en hel række højere harmoniske udvikler sig fra den originale lyd ", siger ekspert i akustisk billeddannelse Dr. Martin Verweij (Applied Sciences). "Bølgelængden for disse højere harmoniske er meget mindre, omkring størrelsen af ​​dråberne, og disse bølger kan fokusere inde i dråben Kombinationer af forskellige fokusharmoniske kan konstruktivt forstyrre inde i dråben. Resultatet er et lokaliseret akustisk fokus med tilstrækkelig energi til at fordampe dråben. "

Fokuseringen af ​​chokbølgerne inde i dråberne blev observeret eksperimentelt, alligevel skulle teorien om, at dette kunne ødelægge dråberne, også bevises med numeriske beregninger. Det var her, Verweij kom ind. "Jeg leverede den numeriske metode, der kunne håndtere de små dråber. Dette gav den forskning, som det sidste skub havde brug for."