加州大學(xué)河濱分?？茖W(xué)家們的一項(xiàng)新研究得出結(jié)論：兩個(gè)微氣泡比一個(gè)氣泡更能穿透軟材料。光學(xué)空化是利用激光在液體中形成氣泡，這些氣泡迅速膨脹然后坍塌，可能是一種安全的方式，可以快速有效地將藥物或基因等治療劑直接輸送到活細(xì)胞中。

目前將異物導(dǎo)入細(xì)胞的方法，即所謂的轉(zhuǎn)染，依賴于用激光刺穿外膜，這有可能對細(xì)胞造成熱損害，或者是移液管，有可能受到污染。

雖然還沒有完全準(zhǔn)備好進(jìn)入黃金時(shí)間，但科學(xué)家們正在改進(jìn)光學(xué)空化技術(shù)。這項(xiàng)新研究表明，兩個(gè)氣泡會產(chǎn)生又長又細(xì)的射流，只需五個(gè)脈沖就能穿透足夠遠(yuǎn)的地方，從而使空化有可能適合于轉(zhuǎn)染或無針注射。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的馬蘭和羅斯瑪麗·伯恩斯工程學(xué)院博士生維森特·羅伯斯說：對空泡的研究進(jìn)展相對較快，從學(xué)習(xí)如何避免它們對船舶螺旋槳造成的損害，到造福于藥物輸送，其研究發(fā)表在《流體物理學(xué)》期刊上。

空化氣泡是微米大小的，壽命只有幾分之一秒，但會導(dǎo)致周圍介質(zhì)物理性質(zhì)發(fā)生強(qiáng)烈的局部變化，使它們成為局部表面清潔、細(xì)胞靶向以及加熱或冷卻的主要候選對象。在雙泡結(jié)構(gòu)中，一個(gè)氣泡崩塌的速度更快，并加速相鄰的氣泡倒置并刺穿自己，釋放出一股快速的射流，如果足夠強(qiáng)大的話，還可以刺穿細(xì)胞膜，并可能被用來轉(zhuǎn)染細(xì)胞。然而，射流的速度、力和軌跡受其周圍介質(zhì)的機(jī)械特性和氣泡的空間和時(shí)間分離的影響很大。

研究人員首先使用激光產(chǎn)生氣泡，形成直接射向介質(zhì)的水柱。然后比較了針對凡士林和一種廣泛用于模擬人體組織的透明瓊脂凝膠的單泡和雙泡噴嘴。雙泡過程產(chǎn)生了拉長、快速、聚焦的射流，當(dāng)定向到瓊脂凝膠時(shí)，這些射流的長度和體積都會增加。只有5次脈沖穿透1.5毫米-足以刺穿人體皮膚。這是在沒有現(xiàn)有激光注入系統(tǒng)中使用的特殊微噴嘴情況下實(shí)現(xiàn)，在凡士林中，雙泡噴射產(chǎn)生的穿透長度與單泡噴射相同，但破壞面積減少了45%。

潛在地減少了對周圍介質(zhì)的熱和沖擊波破壞，而且距離更遠(yuǎn)，破壞程度是單泡噴射的三倍。機(jī)械工程學(xué)教授兼資深作者吉列爾莫·阿吉拉爾(Guillermo Aguar)說：與之前的研究相比，使用激光誘導(dǎo)的雙氣泡布置是一個(gè)顯著優(yōu)勢，以前的研究依賴于收斂的噴嘴或加壓空腔來產(chǎn)生強(qiáng)有力的射流。而新研究利用兩個(gè)氣泡異步崩塌的內(nèi)在物理原理，加速穿透附近表面的射流。研究得出結(jié)論，經(jīng)過進(jìn)一步的研究和改進(jìn)，雙泡空化可以為無針應(yīng)用提供微型的、無設(shè)備的替代方案。

博科園｜研究/來自：加州大學(xué)河濱分校

研究發(fā)表期刊《流體物理學(xué)》

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