Due bolle microscopiche sono meglio di una a penetrare materiali morbidi, conclude un nuovo studio degli ingegneri dell'Università della California, Lungofiume.

cavitazione ottica, che utilizza un laser per formare bolle in un liquido che si espandono rapidamente e poi collassano, potrebbe essere un modo sicuro per somministrare in modo rapido ed efficiente agenti terapeutici, come farmaci o geni, direttamente nelle cellule viventi. Metodi attuali per introdurre materiali estranei nelle cellule, noto come trasfezione, fare affidamento sulla perforazione della membrana esterna con un laser, che rischia di danneggiare la cella con il calore, o una pipetta, che rischia la contaminazione.

Sebbene non sia ancora pronto per la prima serata, gli scienziati stanno migliorando le tecniche di cavitazione ottica. La nuova carta mostra che due bolle producono lunghe, getti fini che penetrano abbastanza lontano con solo cinque impulsi per rendere la cavitazione potenzialmente adatta alla trasfezione o alle iniezioni senza ago.

"Lo studio delle bolle di cavitazione si è evoluto relativamente velocemente, dall'imparare a evitare i danni che provocano sulle eliche delle navi al vantaggio della consegna dei medicinali, " disse Vicente Robles, uno studente di dottorato al Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering, che ha condotto lo studio. "La più grande limitazione alle loro applicazioni è la nostra creatività".

Le bolle di cavitazione sono delle dimensioni di un micron e vivono solo per una frazione di secondo, ma genera forte, cambiamenti locali nelle proprietà fisiche del mezzo circostante, rendendoli i primi candidati per la pulizia superficiale localizzata, targeting cellulare, e riscaldamento o raffreddamento.

Nelle configurazioni a doppia bolla, una bolla collassa più velocemente e accelera la bolla vicina per invertirsi e perforarsi, emettendo un getto veloce che potrebbe, se abbastanza forte, perforano anche una membrana cellulare e possono essere utilizzati per trasfettare una cellula. Però, la velocità del getto, forza, e la traiettoria sono fortemente influenzate dalle proprietà meccaniche del mezzo che lo circonda e dalle separazioni spaziali e temporali delle bolle.

Robles ha iniziato utilizzando i laser per creare bolle che formano getti d'acqua diretti verso un mezzo. Ha quindi confrontato i getti a bolla singola e doppia diretti sia alla vaselina che a un gel di agar trasparente ampiamente utilizzato per modellare il tessuto umano.

Il processo a doppia bolla creato allungato, veloce, getti focalizzati che aumentavano in lunghezza e volume quando diretti al gel di agar. Solo cinque impulsi sono penetrati per 1,5 millimetri, sufficienti per perforare la pelle umana. Ciò è stato ottenuto senza gli speciali microugelli utilizzati nei sistemi di iniezione laser esistenti. Nella vaselina, il getto a doppia bolla ha prodotto la stessa lunghezza di penetrazione del getto a bolla singola, ma con una riduzione del 45% dell'area del danno, potenzialmente con conseguente minore danno termico e da onde d'urto al mezzo circostante, e da tre volte più lontano.

"L'uso di una disposizione a doppia bolla indotta dal laser è un vantaggio significativo rispetto a studi precedenti, che si basano su un ugello convergente o su una cavità pressurizzata per produrre getti potenti, ", ha dichiarato il professore di ingegneria meccanica e autore senior Guillermo Aguilar. "Qui, sfruttiamo la fisica intrinseca del collasso asincrono di due bolle per accelerare il getto che perfora la superficie vicina".

Lo studio conclude che la cavitazione a doppia bolla potrebbe offrire compattezza, alternative senza dispositivo per applicazioni senza ago dopo ulteriori studi e miglioramenti.

La carta, "Perforazione del materiale morbido tramite microgetti di cavitazione indotti da laser a doppia bolla, " è pubblicato in Fisica dei fluidi .