驱动的进步与声波药物输送

研究人员揭示出高频声波可以用来构建新材料,使智能纳米粒子,甚至提供药物无痛的肺,无需注射疫苗。

当声波几十年来一直在科学和医学的一部分——超声波在1942年首次用于临床成像和驾驶的化学反应在1980年代——总是依赖于低频率的技术。

澳大利亚皇家墨尔本理工大学在墨尔本,现在研究人员,表明高频声波可以彻底改变ultrasound-driven化学领域。

新发表的一篇评论先进的科学揭示了奇异的声波在材料和细胞的影响,如分子似乎自发秩序本身被击中后声波相当于半挂车。

研究人员还详细开创性工作的各种令人兴奋的应用程序,包括:

• 药物输送到肺部——专利nebulisation技术,可以通过吸入提供拯救生命的药物和疫苗,而不是通过注射
• Drug-protecting纳米颗粒——封装药物在特殊:纳米涂层保护他们免受恶化,控制释放他们随着时间的推移和确保他们精确目标正确的地方在体内肿瘤或感染
• 突破智能材料——super-porous可持续生产的纳米材料,可用于存储分开,释放,保护任何东西
• 纳米制造业二维材料——精确、成本效益和快速剥落atomically-thin nanosheets和量子点

首席研究员特聘教授Leslie杨和他的团队已经花了十多年研究10 MHz以上频率声波之间的相互作用与不同的材料。

但杨说,他们现在才开始了解各种各样神奇的现象他们经常在实验室里观察。

“当我们几个高频声波进入液体,材料和细胞,效果是非凡的,”他说。

“我们利用这些声波的力量开发创新生物医学技术和合成高级材料。

“但我们发现也改变了我们的基本的认识ultrasound-driven化学,显示我们真正了解甚少。

“试图解释我们所看到的科学,然后运用到解决实际问题是一个巨大的、令人激动的挑战。”

声波波:化学与声音

RMIT研究小组,其中包括博士Amgad Rezk, Heba艾哈迈德博士和博士Shwathy Ramesan,产生高频声波在微芯片精确操纵液体或材料。

超声波长期以来一直用于低频- 10千赫至3兆赫左右驱动化学反应,一个字段称为“声化学”。

在这些低频率、声化学的反应是由气泡的暴力的内爆。

这一过程,称为空化,导致巨大的压力和超高的温度——就像一个小和非常局部的压力锅。

但事实证明,如果你的频率,这些反应完全改变。

高频声波传播时成各种材料和细胞,研究人员看到从未被观察到的行为与低频超声波。

“我们看到self-ordering分子似乎东方自己的水晶在声波的方向,”杨说。

”涉及的声波波长可以超过100000倍单个分子,所以它是非常令人困惑如何精确操纵这么小,这么大的东西。

“这就像驾驶一辆卡车通过随机散射的乐高积木,然后找到这些碎片堆栈上很好地互相——它不应该发生!”

生物医学的进步

而低频空化往往会破坏分子和细胞,他们仍然主要是完整的高频声波。

这使得它们适合于在生物医学设备操作使用,生物分子和细胞而不影响其完整性,各种药物输送技术的基础专利RMIT研究团队。

这些专利的设备之一,是一种廉价的、轻量级和便携式先进nebuliser能准确交付等大分子DNA和抗体,与现有nebulisers。

这将打开潜力无痛,无针头接种疫苗和治疗。

nebuliser使用高频声波激发的表面液体或药物,产生细水雾的能够提供较大的生物分子直接到肺部。

nebuliser技术也可以用来封装保护聚合物纳米颗粒的药物,在结合纳米制造业以及药物输送的一步法。

此外,研究人员发现与高频声波辐射细胞可以治疗分子插入到细胞无损伤,这种技术可以用在新兴细胞疗法。

智能材料

团队利用声波驱动的可持续生产结晶有机框架,或财政部。

预测21世纪的定义材料,财政部非常适合传感和捕获物质浓度,水或空气,净化,也可以持有大量的能量,使更好的电池和储能设备。

虽然在财政部的传统过程可以花几小时或几天,需要使用的溶剂或密集的能量流程,RMIT团队开发了一个干净,声音wave-driven技术,可以在几分钟内产生一个定制MOF和可以很容易地扩大高效的大规模生产。

声波还可用于纳米制造业二维材料,用于各种应用程序从柔性太阳能电池的电路。

扩大和推动边界

下一个步骤RMIT团队的重点是扩大技术。

以较低的成本只是US0.70美元/设备,声音气微芯片可以使用标准的生产流程为大规模制造硅芯片计算机。

“这打开的可能性,产生大量的工业材料与这些声波通过大规模parallelisation——使用成千上万的同时我们的芯片,”杨说。

微/纳米物理学研究实验室的研究团队,在皇家墨尔本理工学院的工程,是世界上为数不多的研究小组汇集高频声波,微流体和材料。

Yeo说研究挑战长久以来的物理理论,开辟了新领域的“高频激励”平行于声化学。

“古典理论建立了自1800年代中期以来并不总是解释我们看到的奇怪,有时相互矛盾的行为——我们推动我们的理解的边界。”

参考:Rezk AR艾哈迈德·H Ramesan年代,杨LY。高频sonoprocessing:一个新的空化领域自由声学材料的合成、加工、和操纵。先进的科学。2020年。doi: 10.1002 / advs.202001983

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