L'échographie est depuis longtemps un outil important pour l'imagerie médicale. Récemment, des chercheurs en médecine ont démontré que les ondes ultrasonores focalisées peuvent également améliorer l'administration d'agents thérapeutiques tels que les médicaments et le matériel génétique. Les ondes forment des bulles qui rendent les membranes cellulaires, ainsi que les membranes synthétiques renfermant des vésicules contenant des médicaments, plus perméables. Cependant, l'interaction bulle-membrane n'est pas bien comprise.

Coquilles lipidiques molles, insoluble dans l'eau, sont un élément clé de la barrière qui entoure les cellules. Ils sont également utilisés comme nanotransporteurs de médicaments :des particules de taille nanométrique de molécules de graisse ou de lipides qui transportent le médicament à délivrer localement au niveau de l'organe ou de l'emplacement malade, et qui peut être injecté à l'intérieur du corps.

La coquille lipidique peut être "éclatée" par les ondes sonores, qui peut être focalisé sur un point de la taille d'un grain de riz, résultant en une ouverture très localisée des barrières susceptibles de surmonter les défis majeurs de l'administration de médicaments.

Cependant, la compréhension de telles interactions est très limitée, ce qui constitue un obstacle majeur dans les applications biomédicales des ultrasons. Les enveloppes lipidiques peuvent fondre d'un gel à un matériau semblable à un fluide en fonction des conditions environnementales.

En observant les changements nanoscopiques des enveloppes lipidiques en temps réel lorsqu'elles sont exposées aux ondes sonores, nos recherches ont montré que les coquilles lipidiques sont plus faciles à éclater lorsqu'elles sont sur le point de fondre. On montre aussi qu'après rupture, une cavité se forme et les lipides à l'interface subissent un "refroidissement par évaporation - le même processus par lequel la sueur refroidit notre corps - qui peut geler localement les lipides, ou même de l'eau, à l'interface. Cette recherche fait progresser la compréhension fondamentale de l'interaction des ondes sonores et des enveloppes lipidiques avec des applications dans l'administration de médicaments.

Nous avons effectué des expériences ultrasonores sur une solution aqueuse contenant une variété de membranes lipidiques, qui sont semblables aux membranes cellulaires. Nous avons marqué les membranes avec des marqueurs fluorescents dont l'émission lumineuse a fourni des informations sur l'ordre moléculaire au sein des membranes. Nous avons ensuite tiré des impulsions ultrasonores dans la solution et surveillé les bulles. Les bulles ont commencé à se former à une énergie acoustique plus faible lorsque les membranes passaient d'un état de gel à un état plus liquide. Les bulles ont également duré plus longtemps pendant cette transition de phase.

Nous avons expliqué ces effets observés avec un modèle qui, contrairement aux modèles précédents, tient compte du flux de chaleur entre les membranes et le fluide environnant.

Des travaux futurs pourraient utiliser ce modèle de thermodynamique membranaire pour optimiser les véhicules porteurs de médicaments avec des membranes qui passent par une transition de phase au moment souhaité au cours d'une procédure à ultrasons.