物理科技生物学-PHYICA

双泡寺岛光穿刺麻烦更少

物理学 2021-12-28 23:59:14

加州大学河滨分校霍莉·奥伯著 由于两个气泡的相互作用而形成快速水射流

信用:文森特·罗伯斯 加州大学河滨分校工程师的一项新研究得出结论,两个微小的气泡比一个气泡更能穿透柔软的材料

光学空化利用激光在液体中形成气泡,气泡迅速膨胀然后破裂,这可能是一种快速有效地将药物或基因等治疗剂直接输送到活细胞中的安全方法

目前将外来物质引入细胞的方法,称为转染,依赖于用激光或移液管刺穿外膜,激光有可能对细胞造成热损伤,移液管有可能造成污染

尽管还没有为黄金时间做好准备,科学家们正在改进光学空化技术

这篇新论文显示,两个气泡产生长而细的射流,仅用五个脉冲就能穿透足够远的距离,使得空化可能适用于转染或无针注射

领导这项研究的马兰和罗斯玛丽·伯恩斯工程学院的博士生文森特·罗伯斯说:“空化气泡的研究进展相对较快,从学习如何避免它们对船舶螺旋桨造成的损害,到有利于药物输送。”

“他们应用的最大限制是我们的创造力

" 空化气泡是微米级的,只能存活几分之一秒,但会在周围介质的物理特性中产生强烈的局部变化,使其成为局部表面清洁、细胞靶向以及加热或冷却的主要候选对象

在双气泡结构中,一个气泡破裂得更快,并加速相邻的气泡翻转并刺穿自身,发出快速射流,如果足够强,也能刺穿细胞膜,并可能用于转染细胞

然而,射流的速度、力和轨迹受其周围介质的机械特性和气泡的空间和时间间隔的影响很大

罗伯斯首先利用激光产生气泡,这些气泡形成指向介质的水射流

然后,他比较了针对凡士林和一种广泛用于模拟人体组织的透明琼脂凝胶的单泡和双泡射流

双气泡过程产生了细长、快速、聚焦的射流,当指向琼脂凝胶时,射流的长度和体积都增加了

仅仅五个脉冲就穿透了1

5毫米——足以刺穿人体皮肤

这是在没有现有激光注射系统中使用的特殊微喷嘴的情况下实现的

在凡士林中,双气泡喷射产生的穿透长度与单气泡喷射相同,但损坏面积减少了45%,潜在地导致对周围介质的热损伤和冲击波损伤更小,并且距离更远三倍

文森特·罗伯斯用他用来进行光学空化实验的装置

荣誉:胡安·卡洛斯·冈萨雷斯·帕拉 机械工程教授、资深作者吉列尔莫·阿吉拉尔说:“激光诱导双气泡排列的使用,比以前依靠会聚喷嘴或增压腔产生强力射流的研究有显著优势。”

“在这里,我们利用两个气泡异步坍缩的固有物理特性来加速穿透附近表面的射流

" 该研究得出结论,经过进一步研究和改进,双气泡空化可以为无针应用提供紧凑、无设备的替代方案

论文“通过双泡激光诱导空化微射流的软材料穿孔”发表在《流体物理学》上

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