Акустична лінза з вуглецевих нанотрубок фокусує ультразвукові хвилі, перетворюючи їх в невидимий скальпель
Сьогодні ультразвукові пристрої використовуються в самих різних областях, але найширше застосування вони знайшли в галузі медицини. Крім спостережень за розвитком немовлят в утробі матері, ультразвук використовується для дроблення каменів у нирках і сечовому міхурі, для лікування запалення м'язових тканин і багато іншого. Тепер, завдяки винаходу нової акустичної лінзи на основі вуглецевих нанотрубок, ультразвукові хвилі можуть служити найтоншим скальпелем, що дозволяє проводити маніпуляції прямо всередині живого організму без хірургічного втручання.
Спрямовані ультразвукові хвилі, які використовуються в більшості медичних установок, мають відносно великий фокус. Звуковий промінь, який використовується для дроблення каменів в організмі, має діаметр близько одного сантиметра, але якщо потрібно "вразити" дуже маленьку мету, таку, як відкладення холестерину на стінки кровоносної судини, або групу ракових клітин, то тут ультразвук раніше був безсилий. Для того, що б вирішити вищеописані проблеми і отримати ультразвуковий промінь, сфокусований у вкрай маленьку крапку, вчені з Мічиганського університету використовували комбінацію вуглецевих нанотрубок та світла лазера.
Джей Гуо (Jay Guo) і його колеги розробили спеціальну опто-акустичну лінзу, покриту шаром вуглецевих нанотрубок, яка служила для перетворення світла лазера в високочастотні звукові коливання великої амплітуди. Нанотрубки поглинають світло лазера і нагріваються під впливом його енергії. Другий шар лінзи виготовлений із спеціального синтетичного матеріалу, значно розширюється під впливом високої температури, цей шар матеріалу служить свого роду звуковим підсилювачем. Для отримання ультразвуку дослідники з необхідною частотою модулювали світло лазера, який падав на поверхню 6-мм опто-акустичної лінзи, яка ефективно перетворювала енергію світла в енергію звукових коливань. В результаті були отримані ультразвукові хвилі, що перевищують по частоті в 10 тисяч разів поріг людського слуху.
Крім високої частоти, отримані ультразвукові хвилі були дуже сильно сфокусовані. Змінюючи деякі параметри променя світла лазера, дослідники одержували діаметр фокусної плями від 6-15 мікрон до 300-400 мікрон.
Слід зауважити, що більшість установок, що використовують інтенсивні ультразвукові промені, справляють вплив на мету за допомогою високої температури, що виникає в місці фокуса променя. На відміну від них, нова опто-акустичекая технологія створює ударні звукові хвилі в місці контакту з метою, викликають появу дуже маленькою, але сильної хвилі тиску. Завдяки малому розміру сфокусований ультразвуковий промінь може "шуміти" на будь-якої мети, будь це кров'яний згусток чи клітини ракової пухлини, при цьому навколишнього матерії живого організму не наноситься абсолютно ніякої шкоди.
З допомогою ультразвукового скальпеля дослідникам вдалося відокремити одну єдину ракову клітину і "просвердлити отвір діаметром 150 мікрон у штучному нирковому камені. Крім подібного застосування нова сверхточная ультразвукова технологія може використовуватися для точкової доставки лікарських препаратів, для проведення косметичних операцій, для боротьби з онкологічними захворюваннями і для цілого ряду інших цілей.