Utiliser les ondes sonores pour développer des matériaux intelligents et des dispositifs médicaux
Les chercheurs ont développé des micropuces à base de sonochimie qui peuvent manipuler avec précision des fluides ou des matériaux pour une gamme d’applications de nouvelle génération.
Des chercheurs australiens ont développé une nouvelle façon d’utiliser les ondes sonores à haute fréquence en combinaison avec la chimie pour développer de nouveaux matériaux intelligents, des nanoparticules et des dispositifs médicaux.
Une équipe de l’Université RMIT a découvert de nouveaux effets des ondes ultrasonores sur les matériaux et les cellules. Ils ont utilisé cette recherche pour générer ondes sonores à haute fréquence sur une puce électronique pour manipuler avec précision des fluides ou des matériaux pour un variété d’applications sans précédent.
Le nébuliseur breveté « Respite » développé par des chercheurs de l’Université RMIT en Australie utilise des ondes sonores à haute fréquence pour administrer avec précision des médicaments aux poumons.
Alors que les ultrasons sont utilisés pour l’imagerie médicale depuis 1942 et en chimie depuis les années 1980, les scientifiques utilisent généralement les basses fréquences du son.
L’équipe RMIT, dirigée par RMIT Le professeur distingué Leslie Yeo, a utilisé une approche différente et a travaillé avec des ondes sonores à haute fréquence pour trois applications clés : l’administration de médicaments ciblés aux poumons ; créer des nanoparticules qui peuvent protéger les médicaments et contrôler leur libération et utiliser l’encapsulation, et développer des matériaux intelligents super-poreux.
« Lorsque nous couplons des ondes sonores à haute fréquence dans des fluides, des matériaux et des cellules, les effets sont extraordinaires », a déclaré Yeo dans un communiqué.
Augmenter la fréquence
Les scientifiques ont utilisé des ultrasons à basse fréquence (environ 10 kHz à 3 MHz) dans un domaine de la chimie appelé sonochimie pendant un certain temps. L’implosion des bulles d’air provoque des réactions sonochimiques à cette fréquence, un processus connu sous le nom de cavitation. La réaction fournit une combinaison de pressions massives et des températures extrêmement élevées ressemblent à un autocuiseur localisé.
Les ondes à haute fréquence ont une réaction complètement différente, cependant, fournissant des aspects que les chercheurs n’avaient jamais vus auparavant, a déclaré Yeo.
« Nous avons vu des molécules auto-ordonnées qui semblent s’orienter dans le cristal le long de la direction des ondes sonores », a-t-il déclaré dans un communiqué de presse. « Les longueurs d’onde sonores impliquées peuvent être plus de 100 000 fois plus grandes qu’une molécule individuelle, il est donc incroyablement étonnant de voir comment quelque chose d’aussi petit peut être manipulé avec précision avec quelque chose d’aussi gros.
En effet, alors que la cavitation à basse fréquence a le potentiel de détruire les molécules et les cellules, elles restent pour la plupart intactes sous les ondes sonores à haute fréquence, ont observé les chercheurs. Cela a donné aux chercheurs l’idée de les utiliser dans des dispositifs biomédicaux pour manipuler des biomolécules et des cellules sans affecter leur intégrité.
Applications futures
L’équipe a utilisé ses micropuces pour développer plusieurs appareils qui utilisent des ondes sonores pour manipuler les matériaux d’une nouvelle manière. L’un est un nébuliseur avancé peu coûteux, léger et portable qui utilise des ondes sonores à haute fréquence pour exciter la surface du fluide ou du médicament, générant une fine brume qui peut délivrer des molécules biologiques plus grosses directement dans les poumons, ont déclaré les chercheurs. Ce type d’accouchement peut remplacer les aiguilles souvent douloureuses qui sont actuellement utilisées pour donner des médicaments aux gens.
Le dispositif est également utilisé pour encapsuler un médicament dans des nanoparticules polymères protectrices non seulement pour préserver le médicament mais aussi pour le libérer progressivement.
L’équipe a également utilisé des ondes sonores à haute fréquence pour piloter la cristallisation pour la production durable de structures métallo-organiques, ou MOF. Les MOF sont une classe de composés constitués d’ions métalliques ou d’agrégats coordonnés à des ligands organiques pour former des structures à une, deux ou trois dimensions.
Les MOF sont prometteurs pour une large gamme d’applications, notamment la détection et le piégeage de substances à des concentrations infimes, la purification de l’eau ou de l’air et le stockage d’énergie à haute densité pour les batteries de nouvelle génération. Un inconvénient, cependant, est que cela prend généralement des heures ou des jours et nécessite l’utilisation de solvants agressifs et de processus énergivores pour les synthétiser.
À l’aide d’ondes sonores, cependant, l’équipe RMIT a créé une technique pour produire un MOF personnalisé en quelques minutes qui peut évoluer pour une production de masse.
Permettre la production de masse
Les chercheurs ont publié un article sur leurs travaux dans la revue Sciences avancées.
Apporter la capacité de coupler les ondes sonores et la chimie aux masses est ce sur quoi l’équipe se concentre à l’avenir. L’équipe a déclaré que les micropuces génératrices d’ondes sonores peuvent être produites à l’aide des processus standard de fabrication en masse de puces de silicium pour ordinateurs pour 0,70 $ par appareil.
« Cela ouvre la possibilité de produire des quantités industrielles de matériaux avec ces ondes sonores grâce à une parallélisation massive – en utilisant des milliers de nos puces simultanément », a déclaré Yeo.
Ce type de production de masse ouvrirait ce nouveau domaine du traitement sonore à un large éventail d’applications et inviterait de nombreux autres scientifiques à élargir le champ de jeu.
