Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Top News

Gelombang suara menggerakkan kemajuan baru dalam pengiriman obat dan bahan cerdas – ScienceDaily


Para peneliti telah mengungkapkan bagaimana gelombang suara frekuensi tinggi dapat digunakan untuk membangun materi baru, membuat nanopartikel cerdas, dan bahkan mengirimkan obat ke paru-paru untuk vaksinasi tanpa rasa sakit dan tanpa jarum.

Sementara gelombang suara telah menjadi bagian dari sains dan pengobatan selama beberapa dekade – ultrasound pertama kali digunakan untuk pencitraan klinis pada tahun 1942 dan untuk mendorong reaksi kimia pada tahun 1980-an – teknologinya selalu mengandalkan frekuensi rendah.

Sekarang para peneliti di RMIT University di Melbourne, Australia, telah menunjukkan bagaimana gelombang suara berfrekuensi tinggi dapat merevolusi bidang kimia yang digerakkan oleh ultrasound.

Ulasan baru diterbitkan di Ilmu Lanjutan mengungkapkan efek aneh dari gelombang suara ini pada bahan dan sel, seperti molekul yang tampaknya secara spontan mengatur dirinya sendiri setelah dipukul dengan sonik yang setara dengan semi-trailer.

Para peneliti juga merinci berbagai aplikasi menarik dari karya perintis mereka, termasuk:

  • Pengiriman obat ke paru-paru – teknologi nebulisasi yang dipatenkan yang dapat memberikan obat dan vaksin yang menyelamatkan jiwa melalui penghirupan, bukan melalui suntikan
  • Nanopartikel pelindung obat – membungkus obat dalam lapisan nano khusus untuk melindunginya dari kerusakan, mengontrol pelepasannya dari waktu ke waktu dan memastikan obat tersebut secara tepat menargetkan tempat yang tepat di tubuh seperti tumor atau infeksi
  • Terobosan material cerdas – Produksi berkelanjutan dari bahan nano berpori super yang dapat digunakan untuk menyimpan, memisahkan, melepaskan, melindungi hampir semua hal
  • Bahan 2D manufaktur nano – Pengelupasan yang tepat, hemat biaya, dan cepat dari titik-titik kuantum dan lembar nano yang setipis atom

Peneliti utama Profesor Leslie Yeo dan timnya telah menghabiskan lebih dari satu dekade meneliti interaksi gelombang suara pada frekuensi di atas 10 MHz dengan bahan yang berbeda.

Tapi Yeo mengatakan mereka baru sekarang mulai memahami berbagai fenomena aneh yang sering mereka amati di lab.

“Saat kita memasangkan gelombang suara frekuensi tinggi ke dalam cairan, bahan dan sel, efeknya luar biasa,” katanya.

“Kami telah memanfaatkan kekuatan gelombang suara ini untuk mengembangkan teknologi biomedis inovatif dan mensintesis bahan-bahan canggih.

“Tapi penemuan kami juga telah mengubah pemahaman mendasar kami tentang kimia yang digerakkan oleh ultrasound – dan mengungkapkan betapa sedikit yang benar-benar kami ketahui.

“Mencoba menjelaskan sains tentang apa yang kita lihat dan kemudian menerapkannya untuk memecahkan masalah praktis adalah tantangan besar dan menarik.”

Gelombang sonik: cara memperkuat chemistry dengan suara

Tim peneliti RMIT, yang terdiri dari Dr Amgad Rezk, Dr Heba Ahmed dan Dr Shwathy Ramesan, menghasilkan gelombang suara frekuensi tinggi pada microchip untuk memanipulasi cairan atau material secara tepat.

Ultrasonografi telah lama digunakan pada frekuensi rendah – sekitar 10 kHz hingga 3 MHz – untuk menggerakkan reaksi kimia, bidang yang dikenal sebagai “sonokimia”.

Pada frekuensi rendah ini, reaksi sonokimia didorong oleh ledakan gelembung udara yang hebat.

Proses ini, yang dikenal sebagai kavitasi, menghasilkan tekanan yang sangat besar dan suhu yang sangat tinggi – seperti panci bertekanan kecil dan sangat terlokalisasi.

Tetapi ternyata jika frekuensinya dinaikkan, reaksi ini berubah total.

Ketika gelombang suara frekuensi tinggi ditransmisikan ke berbagai bahan dan sel, para peneliti melihat perilaku yang belum pernah diamati dengan ultrasound frekuensi rendah.

“Kami telah melihat molekul yang mengatur dirinya sendiri yang tampaknya mengorientasikan dirinya dalam kristal di sepanjang arah gelombang suara,” kata Yeo.

“Panjang gelombang suara yang terlibat bisa lebih dari 100.000 kali lebih besar dari molekul individu, jadi sangat membingungkan bagaimana sesuatu yang sangat kecil dapat dimanipulasi dengan tepat dengan sesuatu yang begitu besar.

“Ini seperti mengemudikan truk melewati pecahan batu bata Lego secara acak, lalu menemukan potongan-potongan itu bertumpuk dengan baik – hal itu seharusnya tidak terjadi!”

Kemajuan biomedis

Meskipun kavitasi frekuensi rendah sering kali dapat menghancurkan molekul dan sel, mereka sebagian besar tetap utuh di bawah gelombang suara frekuensi tinggi.

Hal ini membuat mereka cukup lembut untuk digunakan dalam perangkat biomedis untuk memanipulasi biomolekul dan sel tanpa mempengaruhi integritasnya – dasar untuk berbagai teknologi penghantaran obat yang dipatenkan oleh tim peneliti RMIT.

Salah satu perangkat yang dipatenkan ini adalah nebuliser canggih yang murah, ringan, dan portabel yang secara tepat dapat mengirimkan molekul besar seperti DNA dan antibodi, tidak seperti nebuliser yang ada.

Ini membuka potensi untuk vaksinasi dan perawatan tanpa rasa sakit dan tanpa jarum.

Nebuliser menggunakan gelombang suara berfrekuensi tinggi untuk merangsang permukaan cairan atau obat, menghasilkan kabut halus yang dapat mengantarkan molekul biologis yang lebih besar langsung ke paru-paru.

Teknologi nebuliser juga dapat digunakan untuk membungkus obat dalam nanopartikel polimer pelindung, dalam proses satu langkah yang menyatukan manufaktur nano dan pengiriman obat.

Selain itu, para peneliti telah menunjukkan sel penyinaran dengan gelombang suara frekuensi tinggi memungkinkan molekul terapeutik dimasukkan ke dalam sel tanpa kerusakan, teknik yang dapat digunakan dalam terapi berbasis sel yang muncul.

Bahan cerdas

Tim telah menggunakan gelombang suara untuk mendorong kristalisasi untuk produksi berkelanjutan kerangka logam-organik, atau MOF.

Diprediksi sebagai material penentu abad ke-21, MOF ideal untuk mendeteksi dan menjebak zat pada konsentrasi kecil, untuk memurnikan air atau udara, dan juga dapat menyimpan energi dalam jumlah besar, untuk membuat baterai dan perangkat penyimpanan energi yang lebih baik.

Meskipun proses konvensional untuk membuat MOF dapat memakan waktu berjam-jam atau berhari-hari dan memerlukan penggunaan pelarut yang keras atau proses energi yang intensif, tim RMIT telah mengembangkan teknik yang digerakkan oleh gelombang suara yang bersih yang dapat menghasilkan MOF yang disesuaikan dalam hitungan menit dan dapat dengan mudah dilakukan. ditingkatkan untuk produksi massal yang efisien.

Gelombang suara juga dapat digunakan untuk material 2D manufaktur nano, yang digunakan dalam berbagai aplikasi mulai dari sirkuit listrik fleksibel hingga sel surya.

Meningkatkan dan mendorong batasan

Langkah selanjutnya untuk tim RMIT difokuskan pada peningkatan teknologi.

Dengan biaya rendah hanya $ US0,70 per perangkat, microchip penghasil gelombang suara dapat diproduksi menggunakan proses standar untuk fabrikasi massal chip silikon untuk komputer.

“Ini membuka kemungkinan memproduksi material dalam jumlah industri dengan gelombang suara ini melalui paralelisasi besar-besaran – menggunakan ribuan chip kami secara bersamaan,” kata Yeo.

Tim di Laboratorium Penelitian Mikro / Nanofisika, di Sekolah Teknik RMIT, adalah salah satu dari sedikit kelompok penelitian di dunia yang menyatukan gelombang suara, mikrofluida, dan material frekuensi tinggi.

Yeo mengatakan penelitian ini menantang teori fisika lama, membuka bidang baru “eksitasi frekuensi tinggi” yang paralel dengan sonokimia.

“Teori klasik yang didirikan sejak pertengahan 1800-an tidak selalu menjelaskan perilaku aneh dan terkadang kontradiktif yang kami lihat – kami mendorong batas-batas pemahaman kami.”

Penelitian ini didukung melalui hibah Proyek Penemuan Dewan Riset Australia (ARC).

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Slot Online