『物理』发现：两个微气泡比一个气泡更有穿透力，造福细胞药物输送！ |科学|科技|

加州大学河滨分校科学家们的一项新研究得出结论：两个微气泡比一个气泡更能穿透软材料。光学空化是利用激光在液体中形成气泡，这些气泡迅速膨胀然后坍塌，可能是一种安全的方式，可以快速有效地将药物或基因等治疗剂直接输送到活细胞中。目前将异物导入细胞的方法，即所谓的转染，依赖于用激光刺穿外膜，这有可能对细胞造成热损害，或者是移液管，有可能受到污染。

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虽然还没有完全准备好进入黄金时间，但科学家们正在改进光学空化技术。这项新研究表明，两个气泡会产生又长又细的射流，只需五个脉冲就能穿透足够远的地方，从而使空化有可能适合于转染或无针注射。领导这项研究的马兰和罗斯玛丽·伯恩斯工程学院博士生维森特·罗伯斯说：对空泡的研究进展相对较快，从学习如何避免它们对船舶螺旋桨造成的损害，到造福于药物输送，其研究发表在《流体物理学》期刊上。

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空化气泡是微米大小的，寿命只有几分之一秒，但会导致周围介质物理性质发生强烈的局部变化，使它们成为局部表面清洁、细胞靶向以及加热或冷却的主要候选对象。在双泡结构中，一个气泡崩塌的速度更快，并加速相邻的气泡倒置并刺穿自己，释放出一股快速的射流，如果足够强大的话，还可以刺穿细胞膜，并可能被用来转染细胞。然而，射流的速度、力和轨迹受其周围介质的机械特性和气泡的空间和时间分离的影响很大。

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研究人员首先使用激光产生气泡，形成直接射向介质的水柱。然后比较了针对凡士林和一种广泛用于模拟人体组织的透明琼脂凝胶的单泡和双泡喷嘴。双泡过程产生了拉长、快速、聚焦的射流，当定向到琼脂凝胶时，这些射流的长度和体积都会增加。只有5次脉冲穿透1.5毫米-足以刺穿人体皮肤。这是在没有现有激光注入系统中使用的特殊微喷嘴情况下实现，在凡士林中，双泡喷射产生的穿透长度与单泡喷射相同，但破坏面积减少了45% 。

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潜在地减少了对周围介质的热和冲击波破坏，而且距离更远，破坏程度是单泡喷射的三倍。机械工程学教授兼资深作者吉列尔莫·阿吉拉尔(Guillermo Aguar)说：与之前的研究相比，使用激光诱导的双气泡布置是一个显著优势，以前的研究依赖于收敛的喷嘴或加压空腔来产生强有力的射流。而新研究利用两个气泡异步崩塌的内在物理原理，加速穿透附近表面的射流。研究得出结论，经过进一步的研究和改进，双泡空化可以为无针应用提供微型的、无设备的替代方案。

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博科园｜研究/来自：加州大学河滨分校
研究发表期刊《流体物理学》
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