Ses Dalgaları, İlaç Dağıtımında ve Akıllı Malzemelerde Yeni Gelişmelere Güç Veriyor

Fotoğraf : Patentli ‘Respite’ nebülizörü, ilaçları akciğerlere hassas bir şekilde iletmek için yüksek frekanslı ses dalgaları kullanır.

Günümüzde araştırmacılar  yeni biyoteknolojik malzemeler oluşturmak için yüksek frekanslı ses dalgalarının nasıl kullanılabileceğini konusunda çalışma yapıyor. Akıllı nanopartiküller sayesinde, ağrısız ilaçlar  ve iğnesiz aşılar  akciğerlere  veriliyor.

Ses dalgaları  yıllardır bilim ve tıbbın bir parçası olsa da ultrason ilk olarak 1942’de klinik görüntüleme ve 1980’lerde kimyasal reaksiyonları tetiklemek için kullanıldı.

Avustralya’nın Melbourne kentindeki RMIT Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, ultrasona dayalı yüksek frekanslı ses dalgalarının kimya alanında nasıl devrim yaratabileceğini gösterdi.

Advanced Science dergisinde yayınlanan yeni bir inceleme, bu ses dalgalarının, bir yarı römorkun ses eşdeğeri ile vurulduktan sonra kendiliğinden sıralanan moleküller gibi malzemeler ve hücreler üzerindeki tuhaf etkilerini ortaya koymaktadır.

Araştırmacılar ayrıca öncü çalışmalarının çeşitli uygulamalarını da detaylandırıyor:

•  Akciğerlere ilaç teslimi : İlaçları ve aşıları enjeksiyon yerine inhalasyon (maddenin solunum yolu ile alınması) yoluyla sağlayabilen patentli nebulizasyon (nebülizör aracılığıyla sıvı ilaçların uygulanması) teknolojisi uygulayama
• İlaç koruyucu nanopartiküller :ilaçları bozulmadan korumak, zamanla salınımlarını kontrol etmek ve tümörler veya enfeksiyonlar gibi vücuttaki doğru yerleri kesin olarak hedeflemelerini sağlamak için özel nano kaplamalarla kapsülleme,
• Çığır açan akıllı malzemeler : neredeyse her şeyi depolamak, ayırmak, serbest bırakmak ve korumak için kullanılabilen süper gözenekli nanomalzemelerin sürdürülebilir üretimi
• Nano üretim 2D malzemeler : atomik olarak ince kuantum noktalarının ve nano yaprakların hassas, uygun maliyetli ve hızlı pul pul dökülmesi

En önemli araştırmacı profesör Leslie Yeo ve ekibi, 10 MHz üzerindeki frekanslardaki ses dalgalarının farklı malzemelerle etkileşimini araştırmak için on yıldan fazla zaman harcadı. Ancak Yeo, laboratuvarda sıklıkla gözlemledikleri garip olayları yeni yeni anlamaya başladıklarını söyledi. Yüksek frekanslı ses dalgalarını sıvılara, malzemelere ve hücrelere birleştirdiğimizde, efektler olağanüstü hale geldiğine değindi. Yenilikçi biyomedikal teknolojiler geliştirmek ve gelişmiş malzemeleri sentezlemek için bu ses dalgalarının gücünden yararlandığını  ancak keşiflerinin, ultrason temelli kimyaya ilişkin temel anlayışlarını da değiştirdi.

Sonik Dalgalar: Kimyaya Sesle Nasıl Güç Verilir ?

Dr Amgad Rezk, Dr Heba Ahmed ve Dr Shwathy Ramesan’ı içeren RMIT araştırma ekibi, sıvıları veya malzemeleri hassas bir şekilde korumak etmek için bir mikroçip üzerinde yüksek frekanslı ses dalgaları üretir.  “Sonokimya” olarak bilinen bir alan olan kimyasal reaksiyonları yürütmek için uzun süredir düşük frekanslarda ultrason (yaklaşık 10 kHz ila 3 MHz) kullanılmaktadır. Bu düşük frekanslard , sonokimyasal reaksiyonlar, hava kabarcıklarının şiddetli patlamasıyla yönlendirilir. Kavitasyon olarak bilinen bu işlem, çok küçük ve son derece lokalize bir düdüklü tencere gibi çok büyük basınçlara ve ultra yüksek sıcaklıklara neden olur. Ancak, frekansı yükseltirseniz, bu reaksiyonların tamamen değiştiği ortaya çıkıyor. Yüksek frekanslı ses dalgaları çeşitli materyallere ve hücrelere iletildiğinde, araştırmacılar düşük frekanslı ultrason ile daha önce hiç gözlemlenmemiş davranışlar gördüler. Araştırmacılar Kristalin içinde ses dalgalarının yönü boyunca yönelmiş gibi görünen kendi kendini düzenleyen moleküller gördüklerini ve  ses dalga boyları, tek bir molekülden 100.000 kat daha büyük olabileceğini  bu yüzden bu kadar küçük bir şeyin bu kadar büyük bir şeyle  manipüle edilebileceği söylüyor.

Biyomedikal Gelişmeler

Düşük frekanslı kavitasyon genellikle molekülleri ve hücreleri tahrip edebilirken, yüksek frekanslı ses dalgaları altında çoğunlukla bozulmadan kalırlar. Bu, onları biyomolekülleri ve hücreleri bütünlüklerini etkilemeden manipüle etmek için biyomedikal cihazlarda kullanılacak kadar nazik kılar.Bu cihazlardan biri, mevcut nebülizörlerden farklı olarak DNA ve antikorlar gibi büyük molekülleri hassas bir şekilde iletebilen ucuz, hafif ve taşınabilir gelişmiş bir nebülizördür. Ağrısız, iğnesiz aşılar ve tedaviler için büyük bir potansiyel söz konusu.

Nebulizatör, sıvının veya ilacın yüzeyini uyarmak için yüksek frekanslı ses dalgaları kullanır ve daha büyük biyolojik molekülleri doğrudan akciğerlere gönderebilen ince bir sis oluşturur. Nebulizatör teknolojisi, nano üretimi ve ilaç dağıtımını bir araya getiren tek adımlı bir süreçte bir ilacı koruyucu polimer nanopartiküller içinde kapsüllemek için de kullanılabilir.

Ek olarak, araştırmacılar, hücrelerin yüksek frekanslı ses dalgaları ile ışınlanmasının, terapötik moleküllerin hücrelere zarar görmeden eklenmesine izin verdiğini gösterdiler; bu, yeni ortaya çıkan hücre bazlı tedavilerde kullanılabilecek bir tekniktir.

Akıllı Malzemeler

Ekip, metal-organik çerçevelerin veya MOF’lerin sürdürülebilir üretimi için kristalleşmeyi yönlendirmek için ses dalgalarını kullandı. 21. yüzyılın belirleyici materyali olduğu tahmin edilen MOF’lar, suyu veya havayı saflaştırmak için maddeleri dakika konsantrasyonlarında algılamak ve yakalamak için ideal olduğunu ve ayrıca daha iyi piller ve enerji depolama cihazları yapmak için büyük miktarda enerji tutabileceğini söylediler.Bir MOF yapmak için geleneksel süreç saatler veya günler sürebilir ve sert çözücülerin veya yoğun enerji süreçlerinin kullanılmasını gerektirse de, RMIT ekibi dakikalar içinde özelleştirilmiş bir MOF üretebilen ve kolayca yapılabilen temiz, sağlam, dalgalı bir teknik geliştirdiklerini,verimli seri üretim için ölçeklendirildiğini söylediler. Ve ses dalgaları, esnek elektrik devrelerinden güneş pillerine kadar sayısız uygulamada kullanılan nano üretim 2D malzemeler için de kullanılabileceğine değindiler.

Ölçek Büyüterek Sınırları Zorlamak

RMIT ekibi teknolojiyi büyütmeye odaklanmıştır. Aygıt başına yalnızca US0.70 $ gibi düşük bir maliyetle, ses dalgası oluşturan mikroçipler, bilgisayarlar için silikon yongaların toplu üretimi için standart işlemler kullanılarak üretilebilir. Muazzam paralelleştirme yoluyla bu ses dalgaları ile endüstriyel miktarlarda binlerce çipi aynı anda kullanarak malzeme üretme olasılığını açıyor.

Kaynak: sciencedaily.com