El ultrasonido ha sido durante mucho tiempo una herramienta importante para la obtención de imágenes médicas. Recientemente, Los investigadores médicos han demostrado que las ondas de ultrasonido enfocadas también pueden mejorar la administración de agentes terapéuticos como medicamentos y material genético. Las ondas forman burbujas que hacen que las membranas celulares, así como las membranas sintéticas que encierran las vesículas portadoras de fármacos, sean más permeables. Sin embargo, la interacción burbuja-membrana no se comprende bien.

Conchas de lípidos suaves, insoluble en agua, son un componente clave de la barrera que rodea a las células. También se utilizan como nanoportadores de fármacos:partículas de tamaño nanométrico de moléculas de grasa o lípidos que transportan el fármaco para ser administradas localmente en el órgano o lugar enfermo. y que se puede inyectar dentro del cuerpo.

La capa de lípidos se puede "reventar" por ondas sonoras, que puede enfocarse en un punto del tamaño de un grano de arroz, lo que resulta en una apertura muy localizada de barreras que potencialmente superan los principales desafíos en la administración de medicamentos.

Sin embargo, la comprensión de tales interacciones es muy limitada, lo que constituye un obstáculo importante en las aplicaciones biomédicas del ultrasonido. Las cáscaras de lípidos pueden derretirse de un gel a un material similar a un fluido dependiendo de las condiciones ambientales.

Al observar los cambios nanoscópicos en las capas de lípidos en tiempo real a medida que se exponen a las ondas sonoras, Nuestra investigación ha demostrado que las cáscaras de lípidos son más fáciles de reventar cuando están a punto de derretirse. También mostramos que después de la ruptura, se forma una cavidad y los lípidos en la interfaz experimentan "enfriamiento por evaporación, el mismo proceso mediante el cual el sudor enfría nuestro cuerpo", que puede congelar localmente los lípidos, o incluso agua, en la interfaz. Esta investigación avanza en la comprensión fundamental de la interacción de las ondas sonoras y las capas lipídicas con aplicaciones en la administración de fármacos.

Realizamos experimentos de ultrasonido en una solución acuosa que contiene una variedad de membranas lipídicas, que son similares a las membranas celulares. Marcamos las membranas con marcadores fluorescentes cuya emisión de luz proporcionaba información sobre el orden molecular dentro de las membranas. Luego disparamos pulsos de ultrasonido en la solución y buscamos burbujas. Las burbujas comenzaron a formarse con menor energía acústica cuando las membranas pasaban de un estado de gel a un estado más líquido. Las burbujas también duraron más durante esta transición de fase.

Explicamos estos efectos observados con un modelo que, a diferencia de los modelos anteriores, explica el flujo de calor entre las membranas y el fluido circundante.

Es posible que el trabajo futuro pueda utilizar este modelo de termodinámica de membranas para optimizar los vehículos portadores de fármacos con membranas que atraviesan una transición de fase en el momento deseado durante un procedimiento de ultrasonido.