Un tipo de daño en materiales y tejidos blandos llamado cavitación es uno de los fenómenos menos estudiados en física. ciencia de materiales y biología, dicen los observadores expertos. Pero una fuerte evidencia que sugiere que la cavitación ocurre en el cerebro durante un impacto repentino que conduce a una lesión cerebral traumática (TBI) ha acelerado el interés recientemente, dicen el científico de materiales Alfred Crosby de la Universidad de Massachusetts Amherst y su equipo.

Crosby es el autor principal de un nuevo artículo "Perspectives" esta semana en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Los investigadores tienen la intención de generar un nuevo debate e impulsar la colaboración entre nuevas comunidades de biólogos, farmacia, científicos de materiales, físicos y otros para avanzar en el conocimiento. Definen objetivos de alta prioridad y señalan nuevas oportunidades en el campo de cómo la materia se deforma y fluye con la cavitación.

Crosby dice:"Estamos derribando las barreras que separan los diferentes campos científicos para impulsar el progreso en la comprensión de la cavitación, cómo causa lesiones difíciles de diagnosticar o fallas invisibles en materiales blandos".

Él y Ph.D. estudiantes Christopher Barney y Carey Dougan, co-primeros autores del artículo, trabajó con la ingeniera química Shelly Peyton, el ingeniero mecánico Jae-Hwang Lee y el científico de polímeros Greg Tew en UMass Amherst. Otros miembros del equipo de "CAVITATE" son el ingeniero químico Rob Riggleman de la Universidad de Pensilvania y el ingeniero mecánico Shengqiang Cai de la Universidad de California. San Diego. El apoyo proviene de una subvención de $ 2.6 millones de la Oficina de Investigación Naval de EE. UU.

"Si bien el mundo de la cavitación parece ser históricamente el dominio de ingenieros y físicos, hay crecientes oportunidades para que la química sintética contribuya al campo, "Los autores afirman." La comunidad química ayudará significativamente a las comunidades tanto de la mecánica como de la biología a comprender los principios físicos de la cavitación, así como a utilizarlos con ventaja en las reacciones químicas ".

Estudiado principalmente en fluidos durante muchos años, la cavitación es la creación y colapso de burbujas en líquidos, Crosby explica. Cuando las burbujas colapsan, fuerzan al líquido a entrar en un área más pequeña, provocando una onda de presión y aumento de temperatura, que provocan daños. En una bomba la cavitación puede erosionar las piezas metálicas con el tiempo, por ejemplo. La cavitación dentro de las válvulas cardíacas artificiales puede dañar no solo las partes sino también la sangre, él dice. La microcavitación en el cerebro como resultado de golpes de alto impacto o estar cerca de una explosión son factores de TBI.

Crosby dice que el documento de perspectiva del equipo explora cómo se puede usar la cavitación no solo para prevenir daños, sino también cómo usar la cavitación como una herramienta única para comprender los tejidos blandos. Por ejemplo, Los nuevos métodos utilizan la cavitación para estudiar cómo las propiedades como la fuerza evolucionan en los tejidos. El coautor Barney dice que los investigadores esperan impulsar nuevas investigaciones y desarrollos en medicina, química, biología, mecánica y nuevos usos.

Crosby inventó una nueva herramienta experimental llamada reología de cavitación para medir las propiedades mecánicas locales de la materia blanda. Él dice, "Esperamos que esto conduzca a avances en los dispositivos médicos para diagnosticar enfermedades, dispositivos novedosos para equipos de protección y nuevos enfoques sostenibles para los materiales de limpieza ".

El co-primer autor Dougan agrega:"Si bien a menudo se piensa que la cavitación es algo que se debe evitar, nuestro objetivo es utilizarlo en beneficio de la medicina y el desarrollo de nuevos tratamientos ". Por ejemplo, La reología de la cavitación se puede utilizar para medir la fuerza de las interfaces dentro del cerebro, que es difícil de lograr con cualquier otro método, ella nota. Específicamente para TBI, los autores describen técnicas para que los biólogos establezcan la reología de la cavitación como una herramienta para caracterizar las respuestas mecánicas de los tejidos biológicos blandos.