Um tipo de dano em materiais e tecidos moles chamado cavitação é um dos fenômenos menos estudados na física, ciência e biologia dos materiais, dizem observadores especialistas. Mas fortes evidências sugerindo que a cavitação ocorre no cérebro durante o impacto súbito que leva a lesão cerebral traumática (TBI) acelerou o interesse recentemente, dizem o cientista de materiais Alfred Crosby da Universidade de Massachusetts Amherst e sua equipe.

Crosby é o autor sênior de um novo artigo "Perspectivas" esta semana em Proceedings of the National Academy of Sciences . Os pesquisadores pretendem estimular novas discussões e impulsionar a colaboração entre novas comunidades de biólogos, químicos, cientistas de materiais, físicos e outros para avançar o conhecimento. Eles definem objetivos de alta prioridade e apontam novas oportunidades no campo de como a matéria se deforma e flui com a cavitação.

Crosby diz, "Estamos quebrando as barreiras que separam diferentes campos científicos para estimular o progresso na compreensão da cavitação - como ela causa lesões de difícil diagnóstico ou falha invisível em materiais macios."

Ele e Ph.D. alunos Christopher Barney e Carey Dougan, co-primeiros autores do artigo, trabalhou com a engenheira química Shelly Peyton, o engenheiro mecânico Jae-Hwang Lee e o cientista de polímeros Greg Tew da UMass Amherst. Outros na equipe "CAVITATE" são o engenheiro químico Rob Riggleman da Universidade da Pensilvânia e o engenheiro mecânico Shengqiang Cai da Universidade da Califórnia, San Diego. O apoio vem de uma doação de US $ 2,6 milhões do U.S. Office of Naval Research.

"Embora o mundo da cavitação pareça ser historicamente o reino dos engenheiros e físicos, existem oportunidades crescentes para a química sintética contribuir para o campo, "afirmam os autores." A comunidade química ajudará significativamente as comunidades da mecânica e da biologia a compreender os princípios físicos da cavitação, bem como utilizá-los de forma vantajosa em reações químicas. "

Estudou principalmente em fluidos por muitos anos, cavitação é a criação e colapso de bolhas em líquidos, Crosby explica. Quando as bolhas entram em colapso, elas forçam o líquido para uma área menor, causando uma onda de pressão e aumento da temperatura, que levam a danos. Em uma bomba, a cavitação pode corroer as peças de metal ao longo do tempo, por exemplo. A cavitação dentro das válvulas cardíacas artificiais pode danificar não apenas as partes, mas o sangue, ele diz. A microcavitação no cérebro como resultado de golpes de alto impacto ou perto de uma explosão são fatores de TCE.

Crosby diz que o artigo de perspectiva da equipe explora como a cavitação pode ser usada não apenas para prevenir danos, mas também como usar a cavitação como uma ferramenta única para compreender os tecidos moles. Por exemplo, novos métodos usam cavitação para estudar como propriedades como a força evoluem nos tecidos. O co-autor Barney diz que os pesquisadores esperam estimular novas pesquisas e desenvolvimento na medicina, química, biologia, mecânica e para novos usos.

Crosby inventou uma nova ferramenta experimental chamada reologia da cavitação para medir as propriedades mecânicas locais da matéria mole. Ele diz, "Esperamos que isso leve a avanços em dispositivos médicos para o diagnóstico de doenças, novos dispositivos para equipamentos de proteção e novas abordagens sustentáveis ​​para materiais de limpeza. "

O co-primeiro autor Dougan acrescenta:"Embora a cavitação seja muitas vezes considerada como algo a ser evitado, pretendemos usá-lo para beneficiar a medicina e o desenvolvimento de novos tratamentos. "Por exemplo, a reologia da cavitação pode ser usada para medir a força das interfaces dentro do cérebro, o que é difícil de conseguir com qualquer outro método, ela observa. Especificamente para TBI, os autores descrevem técnicas para os biólogos estabelecerem a reologia da cavitação como uma ferramenta para caracterizar as respostas mecânicas dos tecidos biológicos moles.