امواج صوتی پیشرفت های جدیدی را در تحویل مواد مخدر و مواد هوشمند ایجاد می کند – ScienceDaily


محققان کشف کرده اند که چگونه می توان از امواج صوتی با فرکانس بالا برای ساخت مواد جدید ، ایجاد نانوذرات هوشمند و حتی رساندن دارو به ریه ها برای واکسیناسیون بدون سوزن بدون درد استفاده کرد.

در حالی که امواج صوتی برای دهه ها بخشی از علم و پزشکی بوده است – سونوگرافی اولین بار برای تصویربرداری بالینی در سال 1942 و برای هدایت واکنش های شیمیایی در دهه 1980 استفاده شد – این فناوری همیشه به فرکانس های پایین متکی بوده است.

اکنون محققان دانشگاه RMIT در ملبورن ، استرالیا ، نشان داده اند که چگونه امواج صوتی با فرکانس بالا می توانند در زمینه شیمی کنترل شده توسط سونوگرافی انقلابی ایجاد کنند.

نظر جدید منتشر شده در علم پیشرفته تأثیرات عجیب این امواج صوتی بر روی مواد و سلول ها را نشان می دهد ، مانند مولکول هایی که به نظر می رسد پس از برخورد با معادل صدای نیمه تریلر خود به خود مرتب می شوند.

محققان همچنین با جزئیات برنامه های مختلف هیجان انگیز کارهای پیشگامانه خود را شرح می دهند ، از جمله:

  • رساندن داروها به ریه ها – یک فن آوری اختراع اختراع شده اختراع شده که می تواند داروها و واکسن های نجات دهنده را از طریق استنشاق و نه از طریق تزریق تحویل دهد
  • نانوذرات دارویی – محصور كردن داروها در نانوپوشش های ویژه برای جلوگیری از خراب شدن آنها ، كنترل ترشح آنها با گذشت زمان و اطمینان از اینكه دقیقاً به نقاط مناسب بدن مانند تومورها یا عفونت ها هدف قرار گرفته اند
  • مواد حفاری هوشمند – تولید پایدار نانومواد فوق العاده منجمد که می تواند برای ذخیره سازی ، جداسازی ، رهاسازی ، محافظت از تقریباً هر چیز استفاده شود
  • تولید نانو مواد 2 بعدی – لایه برداری دقیق ، مقرون به صرفه و سریع نقاط کوانتومی نازک اتمی و ورق های نانو

محقق برجسته ، پروفسور برجسته لسلی یو و تیم وی بیش از یک دهه صرف مطالعه تعامل امواج صوتی در فرکانس های بالاتر از 10 مگاهرتز با مواد مختلف کرده اند.

اما آیو می گوید آنها تازه شروع به درک طیف پدیده های عجیبی می کنند که اغلب در آزمایشگاه مشاهده می کنند.

وی می گوید: “وقتی امواج صوتی با فرکانس بالا را به مایعات ، مواد و سلول ها متصل کنیم ، تأثیرات فوق العاده ای خواهد بود.”

“ما از قدرت این امواج صوتی برای توسعه فن آوری های زیست پزشکی نوآورانه و سنتز مواد مدرن استفاده کردیم.

“اما یافته های ما همچنین درک اساسی ما از شیمی با استفاده از سونوگرافی را تغییر داد – و نشان داد که ما واقعاً کم می دانیم.

“تلاش برای توضیح علم به آنچه می بینیم و سپس استفاده از آن برای حل مسائل عملی چالشی بزرگ و مهیج است.”

امواج صوتی: نحوه تغذیه شیمی با صدا

تیم تحقیقاتی RMIT ، که شامل دکتر آمگاد رزک ، دکتر هبا احمد و دکتر شواتی رامسان است ، امواج صوتی با فرکانس بالا را برای استفاده دقیق مایعات یا مواد روی میکرو تراشه تولید می کند.

مدت هاست که از اولتراسوند در فرکانس های پایین – حدود 10 کیلوهرتز تا 3 مگاهرتز – برای هدایت واکنش های شیمیایی استفاده می شود ، منطقه ای که به عنوان “سونوشیمی” شناخته می شود.

در این فرکانس های پایین ، واکنش های سونوشیمیایی ناشی از انفجار شدید حباب های هوا است.

این فرآیند ، به عنوان حفره شناخته می شود ، منجر به فشار بسیار زیاد و دمای بسیار بالا می شود – مانند یک زودپز کوچک و بسیار محلی.

اما به نظر می رسد که اگر فرکانس را افزایش دهید ، این واکنش ها کاملاً تغییر می کنند.

هنگامی که امواج صوتی با فرکانس بالا در مواد و سلولهای مختلف منتقل می شود ، محققان رفتاری را مشاهده می کنند که هرگز با سونوگرافی با فرکانس پایین مشاهده نشده است.

یئو می گوید: “ما مولكول های خود رقیق دیده ایم كه به نظر می رسد در بلورها در جهت امواج صوتی قرار دارند.”

“طول موج های صوتی موجود می تواند بیش از 100000 برابر بزرگتر از یک مولکول باشد ، بنابراین اینکه چگونه یک چیز خیلی ریز را می توان دقیقاً با چیز خیلی بزرگی دستکاری کرد ، بسیار تعجب آور است.

“این مانند رانندگی با یک کامیون از طریق پراکنده کردن آجرهای لگو به طور تصادفی و سپس یافتن این قطعات روی هم انباشته شده است – این اتفاق نمی افتد!”

پیشرفت زیست پزشکی

در حالی که کاویتاسیون با فرکانس پایین اغلب می تواند مولکول ها و سلول ها را از بین ببرد ، اما در زیر امواج صوتی با فرکانس بالا تا حد زیادی سالم باقی می مانند.

این باعث می شود که آنها به اندازه کافی ملایم باشند تا بتوانند در دستگاههای زیست پزشکی برای دستکاری مولکولهای زیستی و سلولها بدون به خطر انداختن یکپارچگی سلولها – مبنای فن آوری های مختلف انتقال دارو که توسط تیم تحقیقاتی RMIT ثبت شده است ، دستکاری کنند.

یکی از این دستگاه های ثبت اختراع ، نبولایزر پیشرفته ارزان ، سبک و قابل حمل است که می تواند برخلاف نبولایزرهای موجود ، مولکول های بزرگی مانند DNA و آنتی بادی ها را با دقت تحویل دهد.

این امر امکان واکسیناسیون بدون درد و درمان بدون سوزن را باز می کند.

نبولایزر با استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا سطح مایع یا دارو را تحریک می کند و یک غبار ظریف ایجاد می کند که می تواند مولکول های بیولوژیکی بزرگتری را مستقیماً به ریه ها برساند.

از فن آوری نبولایزاسیون همچنین می تواند برای محصور سازی دارو در نانوذرات پلیمری محافظ ، در یک مرحله با ترکیب تولید نانو و تحویل دارو استفاده شود.

علاوه بر این ، محققان نشان داده اند که تابش سلول ها با امواج صوتی با فرکانس بالا باعث می شود که مولکول های درمانی بدون آسیب به سلول ها وارد شوند ، روشی که می تواند در روش های درمانی سلول های نوظهور مورد استفاده قرار گیرد.

مواد هوشمند

این تیم از امواج صوتی برای تحریک تبلور برای تولید پایدار قاب های فلزی – آلی یا MOF استفاده کردند.

تصور می شود که این ماده تعیین کننده قرن بیست و یکم باشد ، MOF ها برای جذب و گرفتن مواد در حداقل غلظت ، برای تصفیه آب یا هوا ایده آل هستند و همچنین می توانند مقدار زیادی انرژی را برای بهتر نگه داشتن باتری ها و دستگاه های ذخیره انرژی

در حالی که فرآیند معمولی MOF ممکن است ساعتها یا چند روز طول بکشد و نیاز به استفاده از حلال های خام یا فرآیندهای پرانرژی دارد ، تیم RMIT یک تکنیک تمیز با صدا تولید کرده است که می تواند در عرض چند دقیقه یک MOF سفارشی ایجاد کند و به راحتی قابل انجام است توسعه یافته برای تولید انبوه کارآمد

از امواج صوتی همچنین می توان برای تولید نانو مواد دو بعدی استفاده کرد که در موارد بیشماری از مدارهای انعطاف پذیر تا سلول های خورشیدی استفاده می شوند.

مقیاس گذاری و گسترش مرزها

مراحل بعدی برای تیم RMIT معطوف به افزایش فناوری است.

با صرف هزینه کم فقط 70.70 دلار برای هر دستگاه ، می توان تراشه های مولد صدا را با استفاده از فرآیندهای استاندارد برای تولید انبوه تراشه های سیلیسیم برای رایانه ها تولید كرد.

یو گفت: “این امر امکان تولید مقادیر صنعتی مواد با این امواج صوتی را از طریق موازی سازی گسترده فراهم می كند – همزمان با استفاده از هزاران تراشه ما.”

تیم آزمایشگاه تحقیقاتی میکرو / نانو فیزیک در دانشکده مهندسی RMIT یکی از معدود گروه های تحقیقاتی در جهان است که امواج صوتی با فرکانس بالا ، ریز سیالات و مواد را با هم ترکیب می کند.

یئو می گوید این مطالعه نظریه های طولانی مدت فیزیک را به چالش می کشد و زمینه جدیدی از “تحریک با فرکانس بالا” ، موازی با سونوشیمی را باز می کند.

“نظریه های کلاسیک ایجاد شده در اواسط دهه 1800 همیشه رفتار عجیب و گاه متناقضی را که می بینیم توضیح نمی دهد – ما مرزهای درک خود را گسترش می دهیم.”

این تحقیق با کمک هزینه های پروژه کشف شورای تحقیقات استرالیا (ARC) پشتیبانی می شود.


منبع: packge-news.ir

Leave a reply

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>