Minuscule druppels naar een tumor sturen en die ter plekke met een gefocusseerde geluidbundel laten verdampen: het kan een manier zijn om de tumor te beschadigen of lokaal medicijnen af te leveren. Onderzoekers van de Universiteit Twente laten nu een nieuw fenomeen zien dat de druppelverdamping in gang zet: het gebeurt precies bij de akoestische resonantiefrequentie en zorgt voor een snelle en efficiënte verlaging van de druk in de druppel, tot ónder de drempelwaarde voor verdamping. De onderzoekers publiceren erover in Physical Review Letters.
Microbelletjes die zijn gestabiliseerd met een schil, zijn in de bloedbaan zichtbaar te maken met ultrageluid en krijgen in de medische wereld meer en meer toepassingen, in zowel beeldvorming als therapie. Microbellen zijn helaas te groot om een tumor binnen te dringen. Nanodruppels kunnen dat wél. Door ze naar een tumor te leiden en ter plekke te laten verdampen kunnen deze dampbellen toch een therapeutisch effect in de tumor realiseren. Verdamping lijkt misschien een alledaags verschijnsel waarvan alles wel bekend is, maar de UT-onderzoekers laten nu een nieuw mechanisme zien. Dit werkt op basis van resonantie, net als bij het kristallen glas dat knapt bij die ene hoge zangnoot. Op die resonantiefrequentie is de verdamping te sturen en te versterken. Het onderzoek is uitgevoerd met druppels van fluorkoolwaterstof (hfk’s) met een laag kookpunt.
Zes keer lagere druk
In de praktijk is verdamping moeilijk te controleren, omdat er nucleatiekernen nodig zijn: ‘kiemen’ in de druppel die de verdamping in gang zetten. De drastische drukverlaging die plaatsvindt bij resonantie – zes keer lager dan in de omliggende vloeistof – zorgt voor een dramatisch grotere kans op verdamping. Het resonantie-effect ontstaat doordat de geluidssnelheid in de fluorkoolwaterstof veel lager is dan in het water of weefsel rondom de druppel.
Juiste moment
De onderzoekers laten zien dat de verdamping in gang gezet wordt door een akoestische golf naar de druppels te sturen. Deze gecontroleerde verdamping leidt tot nieuwe mogelijkheden om tumoren te behandelen. De verdamping van nanodruppels die doordringen tot in de tumor kan door resonantie ‘aan’ worden gezet. De tumor kan beschadigd raken door het geweld waarmee de verdamping plaats vindt, maar het is ook een manier om medicatie lokaal en alleen in de tumor af te leveren zonder bijwerkingen in de rest van het lichaam.
De nieuwe kennis over resonantie-gestuurde verdamping is, behalve voor de medische wereld, ook belangrijk in de energieopslag of verbrandingsprocessen.
Het onderzoek is uitgevoerd in de groep Physics of Fluids, onderdeel van het MESA+ Instituut en het TechMed Centre van de UT.
Het paper ‘High-frequency acoustic droplet vaporization is initiated by resonance’, door Guillaume Lajoinie, Tim Segers en Michel Versluis, is gepubliceerd in Physical Review Letters.
