Deux bulles microscopiques valent mieux qu'une pour pénétrer les matériaux mous, conclut une nouvelle étude menée par des ingénieurs de l'Université de Californie, Bord de rivière.

Cavitation optique, qui utilise un laser pour former des bulles dans un liquide qui se dilatent rapidement puis s'effondrent, pourrait être un moyen sûr d'administrer rapidement et efficacement des agents thérapeutiques, comme des médicaments ou des gènes, directement dans les cellules vivantes. Méthodes actuelles d'introduction de matières étrangères dans les cellules, connu sous le nom de transfection, compter sur la perforation de la membrane externe avec un laser, ce qui risque d'endommager la cellule par la chaleur, ou une pipette, qui risque de contaminer.

Bien que pas encore tout à fait prêt pour le prime time, les scientifiques améliorent les techniques de cavitation optique. Le nouveau papier montre que deux bulles produisent de longs, des jets fins qui pénètrent assez loin avec seulement cinq impulsions pour rendre la cavitation potentiellement adaptée à la transfection ou aux injections sans aiguille.

"L'étude des bulles de cavitation a évolué relativement vite, d'apprendre comment éviter les dommages qu'ils causent sur les hélices des navires à bénéficier de la livraison de médicaments, " a déclaré Vicente Robles, doctorant au Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering, qui a dirigé l'étude. "La plus grande limitation de leurs applications est notre créativité."

Les bulles de cavitation sont de la taille d'un micron et ne vivent qu'une fraction de seconde, mais générer fort, modifications locales des propriétés physiques du milieu environnant, ce qui en fait des candidats de choix pour le nettoyage de surface localisé, ciblage cellulaire, et le chauffage ou le refroidissement.

Dans les configurations à double bulle, une bulle s'effondre plus vite et accélère la bulle voisine pour s'inverser et se percer, émettant un jet rapide qui pourrait, si assez fort, aussi percer une membrane cellulaire et éventuellement être utilisé pour transfecter une cellule. Cependant, la vitesse du jet, Obliger, et la trajectoire sont fortement influencées par les propriétés mécaniques du milieu qui l'entoure et les séparations spatiales et temporelles des bulles.

Robles a commencé par utiliser des lasers pour créer des bulles qui forment des jets d'eau dirigés vers un milieu. Il a ensuite comparé des jets à bulles simples et doubles dirigés à la fois sur la vaseline et sur un gel d'agar transparent largement utilisé pour modéliser les tissus humains.

Le processus de double bulle créé allongé, vite, jets focalisés qui augmentaient en longueur et en volume lorsqu'ils étaient dirigés vers le gel d'agar. Cinq impulsions seulement ont pénétré 1,5 millimètre, assez pour percer la peau humaine. Ceci a été réalisé sans les micro-buses spéciales utilisées dans les systèmes d'injection laser existants. En vaseline, le jet à double bulle produit la même longueur de pénétration que le jet à simple bulle, mais avec une réduction de 45% de la zone de dégâts, entraînant potentiellement moins de dommages thermiques et d'ondes de choc au milieu environnant, et de trois fois plus loin.

"L'utilisation d'un dispositif à double bulle induit par laser est un avantage significatif par rapport aux études précédentes, qui reposent sur une buse convergente ou une cavité sous pression pour produire des jets puissants, " Le professeur de génie mécanique et auteur principal Guillermo Aguilar a déclaré. "Ici, nous profitons de la physique inhérente à l'effondrement asynchrone de deux bulles pour accélérer le jet qui perce la surface voisine."

L'étude conclut que la cavitation à double bulle pourrait offrir des alternatives sans appareil pour les applications sans aiguille après une étude et une amélioration plus approfondies.

Le papier, "Perforation du matériau souple via des microjets de cavitation induits par laser à double bulle, " est publié dans Physique des fluides .