Fig. 1. Disegno sperimentale. (a) Struttura a banda provvisoria della soluzione biologica e dinamica del plasma durante il processo di rottura optoelettrica. (b) Rappresentazione schematica della configurazione della rottura optoelettrica per la formazione e il rilevamento di bolle con il rosso che indica il percorso del raggio di 1064 nm e il ciano che indica il percorso del raggio della sonda di 485 nm. Le abbreviazioni indicano il cubo divisore di fascio polarizzante (PBS), divisore di raggio (BS), contatore di energia a impulsi (E.M.), divisore di fascio dicroico (DBS), Filtro passa corto (SPF) da 750 nm e fotodiodo (PD). I numeri 1 e 2 indicano rispettivamente le piastre a semionda e l'obiettivo del microscopio 20×0.420×0.4 NA. (c) Curve di analisi Probit e intervalli di confidenza al 95% della soglia di ripartizione (
Vladislav Yakovlev, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica della Texas A&M University, fa parte di un team multiuniversitario che ricerca come gli impulsi elettrici e ottici possono favorire l'assorbimento cellulare dei materiali, compresi i vaccini.
Il team ha studiato la rottura ottica ed elettrica dei materiali. Quegli effetti, che descrivono la modifica del materiale in presenza di campi ottici o elettrici estremi, sono stati studiati dagli anni Cinquanta. Però, l'applicazione simultanea di campi ottici ed elettrici, soprattutto ai sistemi biologicamente rilevanti, non è stato esplorato prima.
Yakovlev ha detto, studiando l'azione sinergica degli impulsi elettrici e ottici, i ricercatori sono stati in grado di promuovere un guasto altamente localizzato riducendo la soglia per tale guasto.
L'effetto sinergico appena scoperto è particolarmente importante se è necessario distruggere selettivamente la membrana cellulare in modo altamente localizzato.
Tipicamente, elettroporazione, una tecnica che applica un campo elettrico alle cellule per aumentare la permeabilità della membrana cellulare, viene utilizzato. In alternativa, un'optoporazione, che utilizza impulsi laser ultracorti per formare un piccolo foro nella membrana cellulare, può essere impiegato. Una potente combinazione di elettroporazione e optoporazione può fornire i vantaggi di entrambi gli approcci, portando a nuovi modi in cui farmaci e vaccini possono essere somministrati a cellule e tessuti.
"Uno degli impatti di fondamentale importanza di questo effetto, che può essere di grande interesse per un pubblico generale, è una migliore accuratezza della consegna del vaccino per COVID-19, ", ha detto il team in una dichiarazione d'impatto.
Il team ha recentemente pubblicato un articolo sulla rivista Ricerca sulla fotonica . La ricerca è finanziata dall'Air Force Office of Scientific Research, con Sofi Bin-Salamon in qualità di project manager.
Mentre questa tecnologia sarebbe una nuova aggiunta a un laboratorio, il team di ricerca ha notato che la creazione dell'effetto non richiede attrezzature sofisticate, permettendogli di essere utilizzato in una vasta gamma di strutture.
"Crediamo che una combinazione unica di una nuova scienza fondamentale e un'ampia gamma di applicazioni ad alto impatto, che vanno dalle interazioni luce-materia estreme alle nanotecnologie e alle biotecnologie, sarebbe di grande interesse per un vasto pubblico, " ha detto Jakovlev.
