Luoda ultraäänellä valoa kehon sisällä

Valolla on yhä enemmän sovelluksia biologiassa ja lääketieteessä – sitä voidaan käyttää solujen kasvun stimulointiin, hermosignaalien manipulointiin ja joidenkin syöpien hoitoon – mutta se ei kulje helposti kudoksen läpi.

Useimmat menetelmät valon tuomiseksi syvälle kehoon ovat invasiivisia ja vaativat joko kudoksen poistamisen tai optisen kuidun asettamisen.

Stanfordin tutkijat ovat kehittäneet ei-invasiivisen tavan toimittaa valoa tiettyihin kehon osiin. Heidän työnsä käyttää verenkiertoon levitettyjä nanomateriaaleja muuttamaan ultraääniaallot tarkoiksi valopisteiksi.

”Ultraääni on erittäin kätevä käyttää, ja se tunkeutuu paljon syvemmälle kehoon kuin valo”, sanoo artikkelin vanhempi kirjoittaja Guosong Hong. ”Näiden materiaalien avulla voimme tuottaa valoa aivoissa, suolistossa, selkäytimessä, lihaksissa – käytännössä missä tahansa – ilman fyysistä implanttia.”

Hongin ja hänen kollegoidensa käyttämät valoa tuottavat bioyhteensopivat nanohiukkaset tuottavat valoa vasteena mekaaniseen rasitukseen, jota ultraääniaallot luovat.

Nanopartikkelit pysyvät suhteellisen tummina, kunnes niihin osuu kohdennettuja ultraääniaaltoja. Tutkijat osoittivat, että ne pystyivät luomaan valoa useissa paikoissa samanaikaisesti sekä käyttämään ultraääntä skannaukseen, jolloin ne luovat valoa ultraäänen polttopisteen liikkuessa.

Osoittaakseen, että emissio vaikutti syvemmällä kehossa (koska valoa ei aina voida nähdä ulkopuolelta), tutkijat loivat hiirille pienen ultraääntä tuottavan hatun ja käyttivät sitä valon luomiseen hiiren aivojen eri osiin. Valo stimuloi eri hermosoluja, jolloin hiiri kääntyi vasemmalle tai oikealle riippuen aktivoituneesta aivojen osasta.

”Voimme ei-invasiivisesti virittää tätä säteilyä eri aivoalueilla tuottaaksemme erilaisia käyttäytymismalleja”, Hong sanoi. Demonstraatio osoitti, että ultraäänestä tuotettu valo voi tehokkaasti manipuloida solujen toimintaa aivoissa, mutta on olemassa myös muita potentiaalisia käyttötarkoituksia. ”Tämä on yleinen menetelmä, joka voi mahdollistaa minkä tahansa sovelluksen, joka vaatii valoa syväkudoksessa.”

Tässä työssä käytetyt materiaalit tuottavat sinistä valoa, jonka aallonpituus on 490 nanometriä. Tätä aallonpituutta voidaan käyttää hermosolujen virittämiseen, kuten tutkijat osoittivat, ja syövän fotodynaamisessa hoidossa.

Mutta samoja menetelmiä voitaisiin käyttää muiden hyödyllisten aallonpituuksien tuottamiseen eri nanomateriaaleista. Hong ja hänen kollegansa kokeilevat parhaillaan materiaalia, joka emittoi ultraviolettivaloa, joka voi tappaa bakteereja ja viruksia.

Aiheesta aiemmin:

Värit ultraäänitutkimuksiin

Ultraääntä kolmiulotteisesti