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    Las burbujas dobles perforan con menos problemas

    Formación de un chorro de agua rápido debido a la interacción de dos burbujas. Crédito:Vicente Robles

    Dos burbujas microscópicas son mejores que una para penetrar materiales blandos, concluye un nuevo estudio realizado por ingenieros de la Universidad de California, Orilla.

    Cavitación óptica, que usa un láser para formar burbujas en un líquido que se expanden rápidamente y luego colapsan, podría ser una forma segura de administrar agentes terapéuticos de manera rápida y eficiente, como medicamentos o genes, directamente en las células vivas. Métodos actuales para introducir materiales extraños en las células, conocido como transfección, confiar en perforar la membrana externa con un láser, que corre el riesgo de dañar la celda por calor, o una pipeta, que corre el riesgo de contaminación.

    Aunque todavía no está listo para el horario de máxima audiencia, los científicos están mejorando las técnicas de cavitación óptica. El nuevo papel muestra dos burbujas que producen largas, chorros finos que penetran lo suficientemente lejos con solo cinco pulsos para hacer que la cavitación sea potencialmente adecuada para transfección o inyecciones sin aguja.

    "El estudio de las burbujas de cavitación ha evolucionado relativamente rápido, desde aprender cómo evitar los daños que causan en las hélices de los barcos hasta beneficiar la entrega de medicamentos, "dijo Vicente Robles, estudiante de doctorado en la Facultad de Ingeniería Marlan and Rosemary Bourns, quien dirigió el estudio. "La mayor limitación de sus aplicaciones es nuestra creatividad".

    Las burbujas de cavitación son del tamaño de una micra y viven solo una fracción de segundo, pero genera fuerte, cambios locales en las propiedades físicas del medio circundante, convirtiéndolos en los principales candidatos para la limpieza localizada de superficies, focalización celular, y calentamiento o enfriamiento.

    En configuraciones de doble burbuja, una burbuja colapsa más rápido y acelera la burbuja vecina para invertirse y perforarse, emitiendo un chorro rápido que podría, si es lo suficientemente contundente, también perforan una membrana celular y posiblemente se utilicen para transfectar una célula. Sin embargo, la velocidad del jet, fuerza, y la trayectoria están muy influenciadas por las propiedades mecánicas del medio que lo rodea y las separaciones espaciales y temporales de las burbujas.

    Robles comenzó usando láseres para crear burbujas que forman chorros de agua dirigidos a un medio. Luego comparó chorros de burbuja simple y doble dirigidos tanto a la vaselina como a un gel de agar transparente ampliamente utilizado para modelar tejido humano.

    El proceso de doble burbuja creó alargado, rápido, chorros enfocados que aumentaron en longitud y volumen cuando se dirigieron al gel de agar. Solo cinco pulsos penetraron 1,5 milímetros, lo suficiente para perforar la piel humana. Esto se logró sin las microboquillas especiales utilizadas en los sistemas de inyección láser existentes. En vaselina, El chorro de doble burbuja produjo la misma longitud de penetración que el chorro de burbuja simple, pero con una reducción del 45% en el área de daño, potencialmente resultando en menos daño térmico y por ondas de choque al medio circundante, y desde tres veces más lejos.

    Vicente Robles con la configuración que utiliza para realizar experimentos de cavitación óptica. Crédito:Juan Carlos González Parra

    "El uso de una disposición de doble burbuja inducida por láser es una ventaja significativa sobre los estudios anteriores, que se basan en una boquilla convergente o una cavidad presurizada para producir chorros potentes, ", dijo el profesor de ingeniería mecánica y autor principal Guillermo Aguilar." Aquí, aprovechamos la física inherente del colapso asincrónico de dos burbujas para acelerar el chorro que perfora la superficie cercana ”.

    El estudio concluye que la cavitación de doble burbuja podría ofrecer compactos, alternativas sin dispositivos para aplicaciones sin agujas después de un estudio y mejora adicionales.

    El papel, "Perforación de material blando mediante microjets de cavitación inducida por láser de doble burbuja, "se publica en Física de fluidos .


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