محققان موفق شدند از امواج فراصوت با فرکانس بالا کاربردهای تازه‌ای به‌دست آورند. تولید نانوذرات، رهایش هدفمند دارو و واکسیناسیون بدون درد از جمله این کاربردهای است.
استفاده از فراصوت برای دستکاری ذرات در مقیاس‌های پایین
امواج صوتی برای دهه‌ها بخشی از علم و پزشکی بوده است، اما این فناوری‌ها همیشه به فرکانس‌های پایین متکی بوده‌اند. به تازگی محققان دانشگاه RMIT در ملبورن، نشان دادند که امواج صوتی با فرکانس بالا چگونه می‌تواند در زمینه شیمی فراصوت، انقلابی ایجاد کند.
پژوهشگران در این پروژه نشان دادند که ساخت نانوذرات هوشمند و حتی رساندن دارو به ریه‌ها برای واکسیناسیون‌های بدون درد و بدون سوزن با این فناوری قابل انجام است.
در حالی که امواج صوتی برای دهه‌ها بخشی از علم و پزشکی بوده است، فراصوت برای اولین بار برای تصویربرداری بالینی در سال ۱۹۴۲ و برای هدایت واکنش‌های شیمیایی در دهه ۱۹۸۰ استفاده شد. این فناوری‌ها همیشه به فرکانس‌های پایین متکی بوده‌اند.
یک بررسی جدید که در Advanced Science منتشر شده است، تأثیرات این امواج صوتی بر مواد و سلول‌ها را نشان می‌دهد؛ برای مثال، برخی مولکول‌ها با دریافت امواج فراصوت مرتب می‌شوند.
محققان این پروژه جزئیات کاربردهای مختلف این فناوری را نیز ارائه کردند. تحویل دارو به ریه‌ها، تولید نانوذرات محافظت‌کننده از دارو از جمله کاربردهای این فناوری بیان شده است.
پروفسور برجسته لسلی یئو و تیم وی بیش از یک دهه را صرف تحقیق در مورد تعامل امواج صوتی در فرکانس‌های بالاتر از ۱۰ مگاهرتز با مواد مختلف کرده‌اند.
اما یئو می‌گوید: «ما تازه شروع به درک طیف پدیده‌های عجیبی کرده‌ایم که بیشتر در آزمایشگاه مشاهده می‌شود. هنگامی که امواج صوتی با فرکانس بالا را به مایعات، مواد و سلول‌ها متصل می‌کنیم، تأثیرات فوق‌العاده‌ای روی آن‌ها دارد. ما این امواج صوتی را برای توسعه فناوری‌های نوین پزشکی و ترکیب مواد پیشرفته مهار کرده‌ایم. اما یافته‌ها و درک بنیادی ما از شیمی فراصوت را نیز تغییر داده است و نشان داد که ما در این باره واقعاً کم می‌دانیم. تلاش برای توضیح علم آنچه می‌بینیم و سپس استفاده از آن برای حل مسائل عملی چالشی بزرگ و مهیج است.»
محققان این پروژه امواج صوتی با فرکانس بالا را روی میکرو تراشه ایجاد می‌کنند تا مایعات یا مواد را به‌طور دقیق دستکاری کنند.
هنگامی که امواج صوتی با فرکانس بالا به مواد و سلول‌های مختلف منتقل می‌شود، محققان رفتاری را مشاهده کردند که هرگز با فراصوت با فرکانس پایین مشاهده نشده بود. یئو می‌گوید: «ما شاهد مرتب شدن خودبه‌‌خودی مولکول‌ها بودیم. طول موج‌های صوتی درگیر می‌تواند بیش از ۱۰۰۰۰۰ برابر بزرگتر از یک مولکول منفرد باشد؛ بنابراین، اینکه چگونه یک جسم بسیار کوچک را می‌توان دقیقاً با چیزی بسیار بزرگتر دستکاری کرد، بسیار شگفت‌آور است.»
در حالی‌که کاویتاسیون با فرکانس پایین بیشتر می‌تواند مولکول‌ها و سلول‌ها را از بین ببرد، اما آن‌ها با امواج صوتی با فرکانس بالا دست نخورده باقی می‌مانند.
این باعث می‌شود که از آن‌ها در دستگاه‌های زیست پزشکی استفاده کنند تا مولکول‌های زیستی و سلول‌ها را تحت تأثیر قرار دهند بدون اینکه روی یکپارچگی آن‌ها تأثیر بگذارد.
یکی از این دستگاه‌ها که به‌صورت پتنتی نیز به ثبت رسیده است، یک نبولایزر پیشرفته ارزان، سبک و قابل حمل است که می‌تواند برخلاف نبولایزرهای موجود، مولکول‌های بزرگی مانند DNA و آنتی‌بادی‌ها را دقیقاً به محل مورد نظر تحویل دهد. این امر امکان واکسیناسیون و درمان بدون سوزن، بدون درد را فراهم می‌کند.
نبولایزر با استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا سطح مایع یا دارو را تحریک و یک غبار ظریف ایجاد می‌کند که می‌تواند مولکول‌های زیستی بزرگتری را مستقیم به ریه‌ها برساند.
