墨尔本皇家理工大学 获得专利的“喘息”喷雾器使用高频声波将药物精确地输送到肺部
学分:马绍尔大学 研究人员揭示了高频声波如何用于制造新材料，制造智能纳米粒子，甚至将药物输送到肺部进行无痛无针接种
几十年来，声波一直是科学和医学的一部分——超声波在1942年首次用于临床成像，在20世纪80年代用于驱动化学反应——这些技术一直依赖于低频
现在，澳大利亚墨尔本皇家理工大学的研究人员已经展示了高频声波是如何彻底改变超声波驱动的化学领域的
发表在《高级科学》杂志上的一篇新评论揭示了这些声波对材料和细胞的奇怪影响，例如分子在被类似于半挂车的声波撞击后似乎会自发地自我排序
研究人员还详细介绍了他们开创性工作的各种令人兴奋的应用，包括: 将药物输送到肺部——专利雾化技术，可以通过吸入而不是注射来输送拯救生命的药物和疫苗。药物保护纳米粒子——将药物封装在特殊的纳米涂层中，以防止药物变质，控制药物随时间的释放，并确保它们精确地靶向身体中正确的位置，如肿瘤或感染。突破性智能材料——可用于存储、分离、释放、保护几乎任何东西的超多孔纳米材料的持续生产纳米制造二维材料——精确、经济高效、快速地剥离原子级薄量子点和纳米片 首席研究员、著名教授莱斯利·杨和他的团队花了十多年的时间研究频率高于10兆赫的声波与不同材料的相互作用
但是杨说，他们现在才开始理解他们经常在实验室观察到的奇怪现象的范围
“当我们将高频声波耦合到液体、材料和细胞中时，效果是非同寻常的，”他说
“我们已经利用这些声波的力量来开发创新的生物医学技术和合成先进的材料
“但是我们的发现也改变了我们对超声驱动化学的基本理解——揭示了我们真正知道的是多么少
“试图解释我们所看到的科学，然后将其应用于解决实际问题是一个巨大而令人兴奋的挑战
" 声波:如何用声音推动化学 马绍尔研究团队，其中包括博士
阿姆加德·雷扎克博士
赫巴·艾哈迈德和博士
Shwathy Ramesan在微芯片上产生高频声波，以精确操纵流体或材料
一种声学制造的多器官功能衰竭，其微芯片产生用于该过程的高频声波
学分:马绍尔大学 超声波长期以来一直被用于低频——约10千赫至3兆赫——以驱动化学反应，这一领域被称为“声化学”
在这些低频下，声化学反应是由气泡的剧烈内爆驱动的
这一过程被称为气穴现象，会导致巨大的压力和超高温——就像一个微小且极度局部化的高压锅
但事实证明，如果你提高频率，这些反应会完全改变
当高频声波被传输到各种材料和细胞中时，研究人员看到了低频超声波从未观察到的行为
“我们已经看到了自我排序的分子，它们似乎沿着声波的方向在晶体中定向，”杨说
“所涉及的声波波长可能比单个分子大100，000倍以上，因此，如此微小的东西如何能被如此巨大的东西精确操纵，令人难以置信地费解
“这就像驾驶一辆卡车穿过一堆堆随机散落的乐高积木，然后发现这些积木一堆堆叠得很好——这不应该发生！” 生物医学进展 虽然低频空化通常会破坏分子和细胞，但在高频声波的作用下，它们大多保持完整
这使得它们足够温和，可以在生物医学设备中使用，在不影响其完整性的情况下操纵生物分子和细胞——这是RMIT研究团队获得专利的各种药物输送技术的基础
这些专利设备之一是一种便宜、轻便、便携的先进喷雾器，与现有的喷雾器不同，它可以精确地输送大分子，如脱氧核糖核酸和抗体
这为无痛无针的疫苗接种和治疗打开了大门
喷雾器使用高频声波来激发液体或药物的表面，产生细雾，可以将较大的生物分子直接输送到肺部
墨尔本皇家理工大学微/纳米物理研究实验室的杰出教授莱斯利·杨
学分:马绍尔大学 喷雾器技术也可用于将药物封装在保护性聚合物纳米颗粒中，一步完成纳米制造和药物输送
此外，研究人员已经表明，用高频声波照射细胞可以使治疗分子在没有损伤的情况下插入细胞，这种技术可以用于新兴的基于细胞的治疗
智能材料 该团队利用声波来推动可持续生产金属有机框架的结晶过程
据预测，MOF将成为21世纪的决定性材料，是检测和捕捉微小浓度物质、净化水或空气的理想材料，还能储存大量能量，用于制造更好的电池和储能装置
虽然制造多孔膜的传统工艺可能需要数小时或数天，并且需要使用苛刻的溶剂或高强度的能量工艺，但马绍尔团队已经开发出一种清洁的声波驱动技术，该技术可以在几分钟内生产定制的多孔膜，并且可以很容易地扩大规模以实现高效的大规模生产
声波还可以用于纳米制造二维材料，这种材料被用于从柔性电路到太阳能电池的无数应用中
扩大规模和推动边界 马绍尔团队的下一步工作是专注于技术的升级
成本低廉，仅为0美元
每台设备70美元，声波产生微芯片可以使用计算机硅芯片大规模制造的标准工艺生产
杨说:“这为通过大规模平行化——同时使用我们的数千个芯片——用这些声波生产大量工业材料开辟了可能性。”
位于墨尔本皇家理工大学工程学院的微/纳米物理研究实验室的团队是世界上少数几个汇集高频声波、微流体和材料的研究小组之一
杨说，这项研究挑战了长期坚持的物理理论，开辟了一个与声化学平行的“高频激发”新领域
“自19世纪中期以来建立的经典理论并不总能解释我们所看到的奇怪的、有时是矛盾的行为——我们正在突破我们理解的界限
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