Сегодня ультразвуковые устройства используются в самых различных областях, но самое широкое применение они нашли в области медицины. Помимо наблюдений за развитием младенцев в чреве матери, ультразвук используется для дробления камней в почках и мочевом пузыре, для лечения воспаления мышечных тканей и многого другого. Теперь, благодаря изобретению новой акустической линзы на основе углеродных нанотрубок, ультразвуковые волны могут служить тончайшим скальпелем, позволяющим производить манипуляции прямо внутри живого организма без хирургического вмешательства.

Направленные ультразвуковые волны, используемые в большинстве медицинских установок, имеют относительно большой фокус. Звуковой луч, используемый для дробления камней в организме, имеет диаметр около одного сантиметра, но если требуется «поразить» очень маленькую цель, такую, как отложение холестерина на стенке кровеносного сосуда, или группу раковых клеток, то тут ультразвук ранее был бессилен.

Для того, что бы решить вышеописанные проблемы и получить ультразвуковой луч, сфокусированный в крайне маленькой точку, ученые из Мичиганского университета использовали комбинацию углеродных нанотрубок и света лазера.

Джей Гуо (Jay Guo) и его коллеги разработали специальную опто-акустическую линзу, покрытую слоем углеродных нанотрубок, которая служила для преобразования света лазера в высокочастотные звуковые колебания большой амплитуды.

Нанотрубки поглощают свет лазера и нагреваются под воздействием его энергии. Второй слой линзы изготовлен из специального синтетического материала, значительно расширяющегося под воздействием высокой температуры, этот слой материала служит своего рода звуковым усилителем. Для получения ультразвука исследователи с требуемой частотой модулировали свет лазера, который падал на поверхность 6-мм опто-акустической линзы, которая эффективно преобразовывала энергию света в энергию звуковых колебаний.

В результате были получены ультразвуковые волны, превышающие по частоте в 10 тысяч раз порог человеческого слуха.

Рис. 1.

Помимо высокой частоты, полученные ультразвуковые волны были весьма сильно сфокусированы.

Изменяя некоторые параметры луча света лазера, исследователи получали диаметр фокусного пятна от 6–15 микрон до 300–400 микрон.

Следует заметить, что большинство установок, использующих интенсивные ультразвуковые лучи, производят воздействие на цель с помощью высокой температуры, возникающей в месте фокуса луча. В отличие от них, новая опто-акустичекая технология создает ударные звуковые волны в месте контакта с целью, вызывающие появление очень маленькой, но сильной волны давления.

Благодаря малому размеру сфокусированный ультразвуковой луч может «шуметь» на любой цели, будь это кровяной сгусток или клетки раковой опухоли, при этом окружающей материи живого организма не наносится абсолютно никакого вреда.

С помощью своего ультразвукового скальпеля исследователям удалось отделить одну единственную раковую клетку и «просверлить» отверстие диаметром 150 микрон в искусственном почечном камне. Помимо подобного применения новая сверхточная ультразвуковая технология может использоваться для точечной доставки лекарственных препаратов, для проведения косметических операций, для борьбы с онкологическими заболеваниями и для целого ряда других целей.