Эксперименты на уровне ультразвука

Италия, Франция, Великобритания, Нидерланды, Германия, Польша, Литва, Южная Корея, Китай и Япония – во всех этих странах знают и покупают белорусские ультразвуковые приборы. Разумеется, Беларусь не монополист по созданию кавитометров, однако специалисты на международном уровне признают: все-таки равных нашим по некоторым характеристикам в мире нет.

Активизируют лекарство

Целую линейку ультразвуковых приборов – кавитометры, генераторы, диспергаторы, виброметры, звуколюминесцентные установки – разрабатывают и изготавливают в Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники. Приборы востребованы в промышленности, медицинских учреждениях, успешно экспортируются и экспонируются на международных выставках, подтверждая качество множеством наград.

Инициатор развития направления Николай Дежкунов, заведующий научно-исследовательской лабораторией ультразвуковой техники и технологий БГУИР, доцент, кандидат технических наук, изучает кавитационные процессы более 30 лет. Сперва применительно к теории ультразвукового капиллярного эффекта, а в последние 10–15 лет акцент сместился на внедрение результатов исследований кавитации в приборостроение, промышленность и медицину.

Завлаб проводит небольшой эксперимент, чтобы наглядно показать, какую силу исследователи пытаются приручить. Кусочек алюминиевой фольги погружает в реакторный стакан с ультразвуковым излучателем, наполненный водой, и щелкает тумблером. Слышится сильное гудение, на фольге моментально появляются крохотные воздушные пузырьки. А затем буквально на глазах в алюминии возникают и начинают быстро расти сквозные дыры. Еще секунд пятнадцать и, если бы установку не выключили, изрешеченный металлический лоскуток точно распался бы на частицы. Его разрушил ультразвук…

– Это и есть ультразвуковая кавитация – процесс образования и захлопывания газовых пузырьков в жидкой или гелеобразной среде под воздействием ультразвука, – поясняет ученый. – Из-за перепада давления возникают и тут же со сверхзвуковой скоростью захлопываются миллионы крохотных пузырьков воздуха. Они генерируют микроскопические, но очень мощные разрушающие микроструи жидкости и ударные волны.

Не одно десятилетие природа ультразвуковой кавитации и ее эффекты были объектом пристального изучения специалистов различных сфер науки, рассказывает исследователь. Однако многие из них считали, что кавитационного режима воздействия при использовании ультразвука в медицине следует избегать – разрушительное воздействие сложно контролировать. Но в этом как раз и помогают специальные приборы – кавитометры, которые, если сказать простыми словами, позволяют оценивать интенсивность воздействия на физико-химические процессы в жидкостях.

В медицине ультразвуковую кавитацию используют давно и добиваются оптимального терапевтического эффекта: в косметологии (при разрушении жировой ткани), стоматологии (снятии зубного камня), нефрологии (разрушении камней в почках), онкологии (разрушении опухолей и злокачественных новообразований)
и так далее. Кавитометр пригодился в процессе ультразвуковой очистки и обеззараживания хирургического инструмента.

Специалисты утверждают, что новые биологические эффекты в ультразвуковых полях, обнаруженные в последние годы, откроют дорогу для внедрения инновационных медицинских технологий. Повышение проницаемости мембран клеток под действием ультразвука может придать импульс развитию одного из перспективных направлений, связанных с созданием нанолекарств. Сильнодействующие препараты нового поколения планируют заключить в герметичные нанокапсулы из двух компонентов: лекарственное вещество и химически нейтральная оболочка. А затем ввести в кровеносные сосуды человека. Далее словно картинка из будущего: микрокапсулы дрейфуют в организме, а в нужный момент и в нужном месте, непосредственно в выявленном очаге заболевания, будут «распаковываться» дистанционно под мощным ультразвуковым воздействием.

Так сильнодействующий и, возможно, токсичный препарат, попадет точно по адресу, не причиняя вреда другим органам. Предполагается, что лечебные наноконтейнеры одновременно послужат и затравкой для возникновения кавитационных пузырьков, и средством доставки. Такие научно-исследовательские работы ведутся сотрудниками лаборатории ультразвуковой техники и технологий БГУИР и российскими медиками.

Партнеры белорусских ученых из Московского государственного университета уже испытывают в одной из клиник новый препарат против раковых опухолей, который должен точечно и прицельно «расстреливать» больные клетки. При этом активно используют белорусский кавитометр. Ведь только точная информация о параметрах кавитации, поступающая в режиме реального времени, позволяет управлять процессом разрушения капсул.

Отечественные медики обратили внимание на другой узконаправленный специализированный прибор, разрабатываемый в БГУИР, – ультразвуковой диспергатор. Он возбуждает в жидкостях мощную кавитацию и на молекулярном уровне позволяет за секунды соединять несмешиваемые вещества. Хирургам это свойство пригодилось в экспериментах по приживлению пористых материалов искусственных суставов. Сотрудничество продолжается, ученые планируют изготовить различные модификации прибора специально под требования врачей.

Загадочные эффекты