Trillende nanodruppels kunnen een tumor binnendringen

De optische opnames tonen aan dat druppeltjes die worden blootgesteld aan intense akoestische golven die worden gegenereerd door interdigitale transducers, alleen nucleeren als ze overeenkomen met de theoretische resonantiegrootte. Fysieke beoordelingsbrieven (2021). DOI: 10.1103 / PhysRevLett.126.034501

Kleine druppeltjes naar een tumor sturen en ze laten verdampen met behulp van gefocusseerde echografie: het kan een nieuwe manier zijn om een ​​tumor op te sporen of lokaal medicijnen af ​​te leveren. Onderzoekers van de Universiteit Twente demonstreren nu een nieuw fenomeen dat druppelverdamping veroorzaakt: het gebeurt met de exacte akoestische resonantiefrequentie en zorgt voor een snelle en efficiënte verlaging van de druk in de druppel, tot onder de drempelwaarde voor verdamping. De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven.

Microdruppeltjes, gestabiliseerd met een dunne schaal, kunnen met echografie in de bloedbaan worden gevisualiseerd. Ze hebben een groeiend aantal medische toepassingen in beeldvorming en therapie. De druppeltjes zijn echter te groot om een ​​tumor binnen te dringen. Kleinere druppeltjes op nanoschaal kunnen dit doen. Door ze naar de tumor te leiden en ze ter plekke te verdampen, kunnen de resulterende bellen een therapeutisch effect hebben in de tumor. Verdamping lijkt misschien typisch een fysisch fenomeen waarvan alles al bekend is, maar de UT-onderzoekers demonstreren nu een nieuw mechanisme op basis van resonantie, zoals in het geval van kristalglasbreuken veroorzaakt door het geluid van een specifieke zangnoot. Het is op de resonantiefrequentie dat verdamping kan worden geleid en versterkt. Het onderzoek is gedaan met druppeltjes fluorkoolwaterstoffen (HFK’s), met een laag kookpunt.

In de praktijk is verdamping moeilijk te beheersen, omdat nucleatiepunten nodig zijn. Dit zijn de triggers voor verdamping. De drastische verlaging van de druk die plaatsvindt bij resonantie – zes keer lager dan in de omringende vloeistof – veroorzaakt een dramatisch hogere verdampingskans. Het resonantie-effect wordt veroorzaakt door het verschil in geluidssnelheid – binnen de fluorkoolstof is het veel lager dan in het water of weefsel eromheen.

Het juiste moment

Door een akoestische golf naar de druppels te sturen, laten de onderzoekers zien hoe verdamping wordt geactiveerd. Deze sterk gecontroleerde verdamping kan nieuwe manieren introduceren om tumoren te behandelen. Stel je voor dat je de verdamping inschakelt op het moment dat de druppel de tumor is binnengedrongen: dit kan de tumor beschadigen die wordt veroorzaakt door het gewelddadige verdampingsproces. Het kan ook worden gebruikt om lokaal en exclusief medicijnen in de tumor af te leveren, zonder bijwerkingen in de rest van het lichaam.

Naast medische toepassingen zouden de nieuwe inzichten in resonantiegestuurde verdamping van belang kunnen zijn bij energieopslag- of verbrandingsprocessen.

Het artikel “High-frequency akoestische druppelverdamping wordt geïnitieerd door resonantie” door Guillaume Lajoinie, Tim Segers en Michel Versluis, werd gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven.