Dźwięk o temperaturze tysięcy stopni. Sonoluminescencja w medycynie: urządzenie diagnostyczne i skalpel

Tysiące stopni

Igor Ivanov

  • Blask generowany przez dźwięk
  • Eksperymentuj i eksperymentuj ponownie!
  • Ekskluzywne laboratorium dla chemików i materiałów
  • Sonoluminescencja w medycynie: urządzenie diagnostyczne i skalpel
  • "Nie daje się przewidzieć …"

Sonoluminescencja w medycynie: urządzenie diagnostyczne i skalpel

Wreszcie, w niedalekiej przyszłości sonoluminescencja może być również stosowana w medycynie. Współczesna medycyna przyjęła już wiele odkryć fizyki XX wieku. Mikrochirurgia laserowa, rezonansowa tomografia jądrowa, adaptacja elementarnych detektorów cząstek do fluorografii, leczenie nowotworów złośliwych wiązkami protonów wysokoenergetycznych – wszystko to już znajduje się w arsenale lekarzy.

Niemal na pewno na tej liście jest miejsce i sonoluminescencja. Zasadniczo sonoluminescencja jest już stosowana jako metoda wizualizacji kawitacji, w tym w zastosowaniach medycznych. Wiadomo na przykład, że kawitacja jest ważnym czynnikiem prowadzącym do degradacji sztucznych narządów doświadczających pulsacyjnych obciążeń mechanicznych. W 2003 r. Naukowcom z Uniwersytetu Tokijskiego udało się wykorzystać sonoluminescencję, aby zwizualizować najbardziej wrażliwe pod względem kawitacji obszary sztucznego serca (pdf, 1 Mb).

Jednak wykorzystanie sonoluminescencji wydaje się być najbardziej obiecujące. wewnątrz ciała. Rzeczywiście, z punktu widzenia lekarza, ten proces jest niechirurgiczny, niejonizujący, łatwo kontrolowany i potencjalnie bardzo dokładny sposób wpływania na wnętrze żywego organizmu: w końcu rozmiar pęcherzyka jest ułamkiem milimetra, a czas ekspozycji może wynosić ułamek milisekundy. Niewątpliwie udanym zbiegiem okoliczności jest fakt, że żywe organizmy w przeważającej części składają się z wody: w końcu najsilniejsze jest światło sonoluminescencyjne w wodzie.

Możesz sobie wyobrazić, jak diagnostyczny (tomograficzne) i terapeutyczny efekt sonoluminescencji na ciele. W przypadku tomografii miękkich, półprzezroczystych tkanek fala ultradźwiękowa powinna być skupiona do pożądanego punktu miękkich tkanek ciała, tworząc tam świecący pęcherzyk kawitacyjny. Czujnik rejestruje tę luminescencję, analizuje jej widmo i wybiera poszczególne linie promieniowania, prowadząc w ten sposób analizę chemiczną danego punktu żywego organizmu.

Zdjęcie żywej myszy w słabym świetle w zakresie optycznym (a) oraz w "promieniach światła sonoluminescencyjnego" (b).Lek, wstrzyknięty podskórnie w punkcie zaznaczonym krzyżykiem, rozproszył się w tkankach miękkich górnej części ciała myszy. Obszar dyfuzji jest wyraźnie widoczny na zdjęciu (b) (zdjęcie z www.iop.org)

Należy podkreślić, że badania w tym kierunku już się rozpoczęły. W 1998 r. Fizycy z University of Texas K. Sheng i L. Wang po raz pierwszy eksperymentalnie udowodnili, że tomografia sonoluminescencyjna pozwala naprawdę "zajrzeć do wnętrza" miękkich, półprzezroczystych materiałów. W 2002 r. Grupa chińskich i japońskich naukowców przetestowała tę technikę na żywych myszach. Obrazy uzyskane przez badaczy pozwoliły nie tylko zobaczyć mysz w świetle "sonoluminescencyjnym", ale także w sposób niezawodny rozpoznać poszczególne tkanki miękkie (wątroba, mięśnie, tkanka tłuszczowa), a także śledzić rozmieszczenie wprowadzonej substancji, która poprawiła światło sonoluminescencyjne. Autorzy podkreślają, że wszystkie myszy z powodzeniem przeżyły eksperyment.

Dzięki efektom terapeutycznym, sonoluminescencja odegra rolę "skalpel punktowy", I znacznie bardziej wszechstronny niż obecnie używany" ultradźwiękowy kuter ".Sonoluminescencja może nie tylko wskazywać na nowotwory złośliwe, ale także przeprowadzać reakcje chemiczne w danym miejscu ciała. Wydaje się całkiem prawdopodobne, że w klinice przyszłości pacjent otrzyma preparat zawierający nanokapsułki (na przykład nanorurki węglowe) z bioaktywnymi odczynnikami, które są bezpieczne dla organizmu w "zamkniętym" stanie. Lek jest wchłaniany przez organizm, sonoluminescencja otwiera kapsułki w danym punkcie ciała i prowadzi reakcję chemiczną przez określony czas.

Oczywiście biologiczne szkodliwe aspekty efektów sonoluminescencyjnych są uderzające, począwszy od mechanicznej i termicznej ingerencji w ciało aż po tworzenie wolnych rodników. Oczywiście będzie to wymagało szczegółowej analizy, czy można je obniżyć do akceptowalnego poziomu. Jednak cechy fizyczne nowego potencjalnego instrumentu medycznego są tak imponujące, że w najbliższych latach wiele prac będzie poświęconych opracowaniu takich technik.


Like this post? Please share to your friends:
Tysiące stopni ">

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: