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美开发超精声波技术 有望成隐形无创手术刀

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核心提示:最近,美国密歇根大学工程人员开发出一种改良的医用超声波,用涂有碳纳米管层和弹性材料的透镜将光转换为声波,能将高压声波聚焦到极精微的点上,分离一个细胞。研究人员认为,它有望带来一种隐形无创手术刀。

网易探索12月22日报道 据物理学家组织网12月20日(北京时间)报道,最近,美国密歇根大学工程人员开发出一种改良的医用超声波,用涂有碳纳米管层和弹性材料的透镜将光转换为声波,能将高压声波聚焦到极精微的点上,分离一个细胞。研究人员认为,它有望带来一种隐形无创手术刀。相关论文发表在最近出版的《自然·科学报告》上。

论文作者之一、该校电力工程与计算机科学、大分子科学与工程教授郭杰(音译)介绍,目前的超声波技术远不止观察子宫,还可用来粉碎肾结石、切割前列腺肿瘤等。其原理主要是把声波紧密聚在一起,以产生足够热量。但目前的声波发生技术还相对落后。

一位参与研究的博士生说:“强聚焦超声波技术的一个主要缺点是焦斑过大,达到毫米级,几厘米的也很常见。所以在一些高精度手术中,很难定位组织目标,比如在瞄准极细的毛细血管、极薄组织层和细胞结构时就无能为力。而我们把聚焦精度提高了100倍。”

研究小组能将高倍放大声波聚焦到75×400微米。他们开发的新系统结合了3项功能:将光波转换为声波;聚焦声波到一个微小点;放大声波。为制造这种超精细声波,他们利用声学转换方法,通过专门设计的透镜将光从激光脉冲的形式转换为高倍放大声波。透镜上涂了一层碳纳米管和一层叫做聚二甲硅氧烷的弹性材料,碳纳米管层能吸收光波产生热,而弹性层吸热后会迅速热膨胀,从而大大增强了声波信号,实现声波放大。

由此产生的声波频率是人耳听到的声波频率的1万倍,它通过压力来爆破或切割,而不是用热。这种波进入身体组织会产生震荡波和微泡,对目标施加压力,瞄准微小的癌瘤、动脉斑块,或向单个细胞递送药物,还可用于整容手术。在实验中,研究人员演示了这种微超声波手术能精确分离一个卵巢癌细胞,还能在1分钟内将人造肾结石爆出一个不到150微米的小洞。

郭杰推测说,由于光束聚焦极为精细,能避免碰到神经纤维,所以病人在手术时可能不会感到疼痛。“我们相信,它有望作为一种隐形的无创手术刀。实际上没什么东西进入体内,而只是一束超声波。但把它聚焦到极其紧密后,就能割开一个细胞。”(来源:科技日报,记者:常丽君)

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