Immagina se tutti i vaccini per l'infanzia potessero essere somministrati con un inalatore piuttosto che con le iniezioni; o eliminare i batteri della tubercolosi nei polmoni di un paziente con un inalatore; o disinfettare accuratamente una stanza d'ospedale con un diffusore.

Sono questi gli obiettivi di un gruppo di ricerca guidato dal professor James Friend del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale dell'Università della California a San Diego. I loro sforzi sono stati recentemente potenziati quando Friend ha ricevuto un prestigioso $ 900, 000 borsa di ricerca della Fondazione Keck, la cui missione è sostenere scoperte pionieristiche nella scienza, ingegneria e ricerca medica.

"Il nostro obiettivo è rendere inalabili le cure iniettabili, "Amico ha detto. "Questo sbloccherebbe un'intera classe di nuovi trattamenti."

Per esempio, in ambito clinico, potenti disinfettanti potrebbero essere erogati tramite diffusori nelle stanze degli ospedali per eliminare i batteri nocivi. Un'intera nuova classe di farmaci potrebbe essere somministrata ai pazienti tramite inalatori. Finalmente, un'intera gamma di nuovi materiali potrebbe essere utilizzata per la stampa 3D.

Attualmente, i fluidi possono essere nebulizzati in molti modi diversi, ad esempio con mezzi meccanici come negli spruzzatori di profumo e colonia, o utilizzando gli ultrasuoni. Ma tutti questi metodi non funzionano bene con fluidi molto viscosi come olio o miele, o richiedono troppa potenza, o abbattere alcuni dei principi attivi dei fluidi. Richiedono anche attrezzature costose.

Il metodo sviluppato da Friend e colleghi utilizza dispositivi presenti negli smartphone che producono onde acustiche. Nei telefoni, questi dispositivi vengono utilizzati principalmente per filtrare il segnale cellulare wireless e identificare e filtrare le informazioni vocali e dati.

Nel laboratorio, Friend e il suo team hanno utilizzato i dispositivi per generare onde sonore a frequenze estremamente elevate, che vanno da 100 milioni a 10 miliardi di Hertz, al fine di creare onde capillari fluide, che a loro volta emettono goccioline, generazione di nebbia. Questo processo è chiamato atomizzazione. Le scoperte dei ricercatori si basano sulla capacità di atomizzare liquidi che prima erano considerati troppo viscosi per il processo.

Il nuovo metodo mantiene la promessa di ridurre drasticamente i costi per lo sviluppo di farmaci per via inalatoria utilizzando componenti per smartphone poco costosi. Attualmente, il costo per lo sviluppo di farmaci per via inalatoria è di 300 milioni di dollari in un periodo di tre anni.

I ricercatori hanno testato con successo il metodo di atomizzazione su un potente disinfettante, glicole trietilenico, o TEG, che non era mai stato atomizzato prima da solo (di solito viene sciolto in acqua).

Nessuno prima aveva osservato come si comportassero i fluidi quando sottoposti a frequenze sonore così elevate. Gli scienziati guidati da Friend hanno scoperto che le equazioni utilizzate per prevedere la generazione di onde nei fluidi non funzionavano per i loro esperimenti, infatti, sono fuori di parecchi ordini di grandezza. Parte di quella matematica risale a più di 150 anni fa, agli esperimenti del fisico e chimico britannico Michael Faraday.

La sovvenzione Keck consentirà ai ricercatori di acquisire le tecnologie all'avanguardia e la forza lavoro di cui hanno bisogno per capire la matematica giusta per descrivere e prevedere l'atomizzazione a frequenze così elevate. Ciò a sua volta consentirà ai ricercatori di applicare il loro nuovo metodo a una gamma più ampia di materiali, sbloccare nuove applicazioni.