Duas bolhas microscópicas são melhores do que uma na penetração de materiais macios, conclui um novo estudo de engenheiros da Universidade da Califórnia, Riverside.

Cavitação óptica, que usa um laser para formar bolhas em um líquido que se expandem rapidamente e depois entram em colapso, pode ser uma maneira segura de administrar agentes terapêuticos de forma rápida e eficiente, como drogas ou genes, diretamente nas células vivas. Métodos atuais para a introdução de materiais estranhos nas células, conhecido como transfecção, dependem de perfurar a membrana externa com um laser, que corre o risco de danos causados ​​pelo calor à célula, ou uma pipeta, que corre o risco de contaminação.

Embora ainda não esteja totalmente pronto para o horário nobre, os cientistas estão aprimorando as técnicas de cavitação óptica. O novo artigo mostra que duas bolhas produzem longos, jatos finos que penetram longe o suficiente com apenas cinco pulsos para tornar a cavitação potencialmente adequada para transfecção ou injeções sem agulha.

"O estudo de bolhas de cavitação evoluiu relativamente rápido, desde aprender como evitar os danos que causam nas hélices de navios até beneficiar a entrega de medicamentos, "disse Vicente Robles, estudante de doutorado na Faculdade de Engenharia de Marlan e Rosemary Bourns, quem conduziu o estudo. "A maior limitação de seus aplicativos é a nossa criatividade."

As bolhas de cavitação são do tamanho de um mícron e vivem por apenas uma fração de segundo, mas gerar forte, mudanças locais nas propriedades físicas do meio circundante, tornando-os candidatos principais para limpeza de superfície localizada, segmentação de células, e aquecimento ou resfriamento.

Em configurações de bolha dupla, uma bolha colapsa mais rápido e acelera a bolha vizinha para se inverter e se perfurar, emitindo um jato rápido que poderia, se for forte o suficiente, também perfurar uma membrana celular e possivelmente ser usado para transfectar uma célula. Contudo, a velocidade do jato, força, e a trajetória é altamente influenciada pelas propriedades mecânicas do meio ao seu redor e pelas separações espaciais e temporais das bolhas.

Robles começou usando lasers para criar bolhas que formam jatos de água direcionados a um meio. Ele então comparou jatos de bolha simples e dupla dirigidos tanto à vaselina quanto a um gel de ágar transparente amplamente usado para modelar o tecido humano.

O processo de bolha dupla criado alongado, velozes, jatos focalizados que aumentaram em comprimento e volume quando direcionados ao gel de ágar. Apenas cinco pulsos penetraram 1,5 milímetros - o suficiente para perfurar a pele humana. Isso foi alcançado sem os micro-bicos especiais usados ​​nos sistemas de injeção a laser existentes. Na vaselina, o jato de dupla bolha produziu o mesmo comprimento de penetração que o jato de bolha única, mas com uma redução de 45% na área de danos, potencialmente resultando em menos danos térmicos e de ondas de choque ao meio circundante, e de três vezes mais longe.

"O uso de um arranjo de bolha dupla induzido por laser é uma vantagem significativa em relação aos estudos anteriores, que dependem de um bico convergente ou cavidade pressurizada para produzir jatos fortes, "disse o professor de engenharia mecânica e autor sênior Guillermo Aguilar." Aqui, aproveitamos a física inerente do colapso assíncrono de duas bolhas para acelerar o jato que perfura a superfície próxima. "

O estudo conclui que a cavitação de bolha dupla pode oferecer uma forma compacta, alternativas sem dispositivo para aplicações sem agulha após estudos e melhorias adicionais.

O papel, "Perfuração de material macio via microjatos de cavitação induzida por laser de bolha dupla, "é publicado em Física dos Fluidos .