28 июня 2024
Поделиться этой статьейКоманда EPFL, в которую входит профессор NU Бахтияр Оразбаев, разрабатывает революционную технологию звуковых волн для биомедицинских применений
Совершив значительный шаг в развитии биомедицинских технологий, исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) успешно провели плавающие объекты вокруг полосы водных препятствий, используя только звуковые волны. Этот инновационный метод, вдохновленный оптикой и разработанный при участии профессора Назарбаев Университета (NU) Бахтияра Оразбаева, демонстрирует огромный потенциал для неинвазивной адресной доставки лекарств и других биомедицинских приложений.
Оптические пинцеты, за которые Артур Эшкин получил Нобелевскую премию по физике в 2018 году, манипулируют микроскопическими частицами с помощью лазерных лучей, но требуют строго контролируемых условий. «Оптический пинцет работает, создавая световую «горячую точку» для улавливания частиц, как мяч, падающий в лунку. Но если поблизости есть другие объекты, эту дыру сложно создать и переместить», — объясняет Ромен Флери, руководитель Лаборатории волновой инженерии EPFL.
Флёри вместе с исследователями-докторантами Бахтияром Оразбаевым и Матье Маллежаком потратил последние четыре года на разработку метода перемещения объектов в неконтролируемой динамической среде с помощью звуковых волн. Этот метод, называемый формированием волнового импульса, основан исключительно на положении объекта, позволяя звуковым волнам направлять его движение независимо от окружающей среды или физических свойств.
«В наших экспериментах вместо того, чтобы захватывать объекты, мы осторожно толкали их, как если бы вы направляли шайбу хоккейной клюшкой», — уточняет Флери.
Новый подход, финансируемый программой Spark Швейцарского национального научного фонда (SNSF), был опубликован в журнале Nature Physics. Проект стал результатом сотрудничества исследователей из Университета Бордо во Франции, NU в Казахстане и Венского технологического университета в Австрии.
Простой, но многообещающий метод
В ходе экспериментов в лаборатории мяч для пинг-понга плавал на воде, а его положение отслеживалось с помощью верхней камеры. Звуковые волны из массивов динамиков на обоих концах резервуара направляли мяч по заранее определенной траектории. Микрофоны записывали обратную связь, когда звуковые волны отражались от движущегося мяча, что позволяло в реальном времени рассчитывать оптимальный импульс звуковой волны для направления мяча.
«Метод основан на сохранении импульса, что делает его чрезвычайно простым и универсальным, поэтому он так многообещающ», — утверждает Флери.
Исследователи успешно управляли мячом как с неподвижными, так и с движущимися препятствиями, демонстрируя потенциал метода в динамичных, неконтролируемых средах, таких как человеческое тело. Звук, будучи безвредным и неинвазивным, делает его привлекательным инструментом для биомедицинских применений, таких как доставка лекарств к опухолевым клеткам.
Будущие приложения и исследования
Помимо доставки лекарств, формирование импульса волны может произвести революцию в биологическом анализе, тканевой инженерии и даже 3D-печати. Теперь исследователи планируют масштабировать свои эксперименты до микроскопического уровня, используя ультразвуковые волны для перемещения клеток, финансируемые за счет дополнительных грантов SNSF.
Вклад профессора Бахтияра Оразбаева сыграл решающую роль в этом новаторском исследовании, продемонстрировав приверженность NU глобальным научным достижениям. Эта работа не только подчеркивает международное сотрудничество между учреждениями, но и закладывает основу для будущих инноваций в биомедицинской области.
