Лекари използват акустични пинсети, за да манипулират човешки тъкани със звукови вълни
В може би не толкоз далечно бъдеще, хирурзите ще могат да изпълнят редица медицински процедури, без да допират пациента, с помощта на напредъка в технологията наречена акустични пинсети . С новата разработка те ще могат да програмират профилиран набор от мини-високоговорители, с цел да основат комплицирано звуково поле, което ще „ улавя “ и манипулира определени обекти посредством акустични пинсети , като по този начин ще реализира мечтаната смяна в тъканите.
Постигнатият прогрес в основаването на акустични пинсети от професор Брус Дринкуотър от катедрата по машинно инженерство в Университета в Бристол и неговият сътрудник доктор Асиер Марзо, от Универсидад Публиа Де Навара в Испания, движат технологията към тази футуристична действителност. Последните разработки на екипа, оповестени на 17 декември в сборника с отчети от Испанската Национална академия на науките (PNAS), демонстрират за първи път акустична левитация и манипулиране на голям брой обекти по едно и също време.
Професор Дринкуотър планува итерация на тази система, която в последна сметка да се употребява за акустично зашиване на вътрешни пострадвания или за изпращане на медикаменти съответно към целевите органи.
„ Сега имаме повече еластичност – няколко чифта ръце, с цел да се движат нещата и да се правят комплицирани процедури, това отваря благоприятни условия, които просто не са съществували преди “, изяснява Дринкуотър.
Звукът упражнява дребна акустична мощ и посредством увеличение на размера на ултразвуковите талази, прекомерно високи, с цел да бъдат чути от хората, учените основават задоволително мощно звуково поле, което да движи дребните обекти. Сега професор Дринкуотър и доктор Марзо са способнии дейно да генерират звукови полета, които са задоволително комплицирани, с цел да улавят голям брой обекти в целевите места.
Д-р Марзо изяснява: „ Ние приложихме нов логаритъм, който управлява 256 дребни високоговорители. Това ни разрешава да създадем комплицирани акустични полета, сходни на пинсети. “
Т.нар. акустични пинсети имат сходни благоприятни условия с оптичните пинсети, основани от лауреатите на Нобелова премия през 2018, които употребяват лазери за хващане и превозване на микрочастици. Въпреки това, акустичните пинсети имат преимущество пред оптичните системи, когато става въпрос за работа в човешка тъкан.
Това е по този начин, тъй като лазерите пътуват единствено през транспарантни среди, което ги прави сложни за потребление и използване в биологична тъкан. От друга страна, ултразвукът се употребява рутинно при сканиране на бременност и лекуване на камъни в бъбреците, защото може безвредно и неинвазивно да проникне в биологичната тъкан.
Друго преимущество е, че акустичните устройства са 100 000 пъти по-енергийно ефикасни от оптичните системи.
Според професор Дринкуотър: „ Оптичните пинсети са фантастична технология, само че с тях постоянно сме рисково покрай убиването на преместваните кафези, до момента в който с акустичните пинсети ние прилагаме същите сили, само че с по-малко сила. Има доста приложения, които изискват клетъчна операция и акустичните системи са идеални за тях “.
За да покажат точността на своята система, учените са прикрепили дву-милиметрови полистиренови сфери към парче нишка и като са употребявали акустични пинсети, са „ зашили ” нишката в парче плат. Системата може също по този начин по едно и също време да управлява 3D придвижването на до 25 от тези сфери във въздуха.
Екипът е уверен, че същата методология може да бъде приспособена за манипулиране на частици във водна среда след почти една година. Учените се надяват, че скоро по-късно тя може да бъде приспособена за потребление и в биологични тъкани.
Д-р Марзо изяснява: „ Гъвкавостта на ултразвуковите талази ще ни разреши да работим на микрометрични скали, с цел да нареждаме клетките в 3D отпечатани сглобки или жива тъкан. Или в по-голям мащаб, с цел да левитираме действителни пиксели, които да образуват физическа холограма в пространството. “
Този план е финансиран от Британския съвет за проучвания в инженерните и физическите науки.
