Акустический пинцет: звуковые волны, способные захватить
Акустический луч-ловушка теперь может захватывать объекты сантиметрового размера. Это делает возможными новые медицинские приложения.
Seeker/DNews - это канал на YouTube с видеороликами на научные темы. Он является частью американской глобальной медиа- и развлекательной компании Discovery Communications, которая была основана в США в 1985 году каналом Discovery.
Когда вы слышите слово «притягивающий луч», по крайней мере любители фантастики неизбежно представляют себе силовое поле, с помощью которого космические корабли удерживаются на месте или точно направляются. Реальность в лаборатории выглядит еще скромнее. В лучшем случае микроскопически малые объекты, такие как клетки или бактерии, могут быть захвачены притягивающими лучами света. Со звуком возможно нечто большее: рекордный размер акустически записанного объекта, которому всего несколько месяцев, составляет почти два сантиметра. И даже это не твердый предмет, а просто пенопластовый шарик. Но все же: Ультразвуком, т.е. звуковыми волнами с частотой выше предела человеческого слуха, такие объекты действительно можно фиксировать в свободном плавании, как показывает это видео из серии "Искатель".
Что не понятно из клипа: Новые рекордсмены, команда под руководством Асьера Марзо из Бристольского университета, смогли преодолеть прежний предел в размере около четырех миллиметров только благодаря специальной методике. Так называемые акустические (а также оптические) пинцеты обычно работают со стоячими волнами, которые «захватывают» объект в узле вибрации. Проблема: Объекты могут стабилизироваться в пространстве таким образом только в том случае, если они имеют размерность, приблизительно равную длине волны - в случае звука они очень малы, в случае света - совсем крошечные.
В случае нового акустического пинцета исследователи объединили два «ультразвуковых вихря», вращающихся в противоположных направлениях. Они сравнивают его с акустическим торнадо: вихреобразная структура вокруг безмолвного ядра. Это ядро вмещает объекты примерно в четыре раза больше по размеру, чем в предыдущих экспериментах, прочно удерживаемые на месте внутренними стенками вихрей. Умело регулируя силу двух вихрей, объекты можно даже вращать контролируемым образом. В более ранних экспериментах с акустическими вихревыми полями неконтролируемые вращения часто вызывали проблемы.
Акустические пинцеты также представляют интерес, поскольку они могут проникать даже в ткани. Чтобы иметь возможность лечить камни в почках и т.п., вам больше не обязательно вскрывать орган. Вместо этого медики могут сфокусировать мощные ультразвуковые волны на отложениях, чтобы уничтожить их. Световые лучи, с другой стороны, будут в значительной степени рассеяны или поглощены задолго до того, как они смогут оказать свое терапевтическое действие, также нагревая ткани.
Тем временем исследователи выдвигают самые разные идеи. Когда-нибудь твердые объекты, такие как камни в почках или желчном пузыре, можно будет фиксировать с помощью акустического пинцета и стрелять по ним более точно. Возможна также транспортировка лекарств в небольших капсулах к месту назначения в организме. Ультразвуковой пинцет также можно использовать для новых производственных технологий, например, для соединения объектов, чувствительных к прикосновениям.