Echografie is al lang een belangrijk instrument voor medische beeldvorming. Onlangs, medische onderzoekers hebben aangetoond dat gerichte ultrasone golven ook de afgifte van therapeutische middelen zoals medicijnen en genetisch materiaal kunnen verbeteren. De golven vormen bellen die celmembranen - evenals synthetische membranen die medicijndragende blaasjes omsluiten - meer doorlaatbaar maken. Echter, de bel-membraan interactie is niet goed begrepen.

Zachte lipide schelpen, onoplosbaar in water, zijn een belangrijk onderdeel van de barrière die cellen omringt. Ze worden ook gebruikt als nanodragers voor geneesmiddelen:deeltjes van vet- of lipidemoleculen ter grootte van nanometers die het geneesmiddel vervoeren om lokaal op het zieke orgaan of de zieke locatie te worden afgeleverd, en die in het lichaam kan worden geïnjecteerd.

Het lipide omhulsel kan worden "geknald" door geluidsgolven, die kan worden scherpgesteld op een plek ter grootte van een rijstkorrel, wat resulteert in een sterk gelokaliseerde opening van barrières die mogelijk grote uitdagingen bij het toedienen van medicijnen kunnen overwinnen.

Echter, het begrip van dergelijke interacties is zeer beperkt, wat een grote hindernis is bij biomedische toepassingen van ultrageluid. Lipidenschillen kunnen, afhankelijk van de omgevingsomstandigheden, van een gel tot een vloeistofachtig materiaal smelten.

Door de nanoscopische veranderingen in lipide-omhulsels in realtime te observeren terwijl ze worden blootgesteld aan geluidsgolven, ons onderzoek heeft aangetoond dat lipide-omhulsels het gemakkelijkst te kraken zijn als ze bijna smelten. We laten ook zien dat na breuk, er vormt zich een holte en de lipiden op het grensvlak ervaren "verdampingskoeling - hetzelfde proces waardoor zweet ons lichaam afkoelt - waardoor de lipiden plaatselijk kunnen bevriezen, of zelfs water, bij de interface. Dit onderzoek bevordert het fundamentele begrip van de interactie van geluidsgolven en lipide-omhulsels met toepassingen bij medicijnafgifte.

We voerden ultrasone experimenten uit op een waterige oplossing met een verscheidenheid aan lipidemembranen, die lijken op celmembranen. We hebben de membranen gelabeld met fluorescerende markers waarvan de lichtemissie informatie opleverde over de moleculaire ordening binnen de membranen. Vervolgens vuurden we ultrasone pulsen in de oplossing en keken naar luchtbellen. De bellen begonnen zich te vormen bij lagere akoestische energie toen de membranen overgingen van een geltoestand naar een meer vloeistofachtige toestand. De bubbels duurden ook langer tijdens deze faseovergang.

We hebben deze waargenomen effecten verklaard met een model dat - in tegenstelling tot eerdere modellen - de warmtestroom tussen de membranen en de omringende vloeistof verklaart.

Toekomstig werk kan dit model van membraanthermodynamica mogelijk gebruiken om medicijndragende voertuigen te optimaliseren met membranen die op het gewenste moment tijdens een ultrasone procedure door een faseovergang gaan.