Forscher replizieren Doctor Whos berühmten Ultraschallschraubenzieher
Für Fans der Hit-Serie Doctor Who, wird der Ultraschallschraubenzieher ein vertrautes Gerät sein. Aber jetzt hat ein internationales Forscherteam mithilfe einer Finanzierung der EU die Ausrüstung für Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT)-gesteuerte und fokussierte Ultraschall-Chirurgie genommen und einen echten Ultraschallschraubenzieher demonstriert, der eine frei schwebende Gummischeibe (Durchmesser 10 cm) mit einem Ultraschall-Strahl anhebt und dreht. Das Team verwendete Energie aus einem Ultraschall-Array, um einen Strahl zu bilden, der sowohl einen Impuls bilden kann, um ein Objekt auf seinem Weg voranzuschieben als auch mithilfe eines helix- oder wirbelförmigen Strahls das Objekt zum Rotieren zu bringen. Die Forschung wurde durch das Projekt NANOPORATION ("Drug delivery to cancer cells using MRI (magnetic resonance imaging) guided focused ultrasound") unterstützt, das mit mehr als 2 Mio. EUR aus dem Marie Curie Programm für Partnerschaften zwischen Industrie und Hochschule (Marie Curie Industry-Academia Partnerships and Pathways, IAPP) finanziert wurde. Dieses ist Teil des Themenbereichs "Menschen" des Siebten Rahmenprogramms der EU (RP7). NANOPORATION, das 2009 gestartet wurde und bis 2013 läuft, bringt Forscher aus Israel und dem Vereinigten Königreich zusammen, um neue Lösungen zu entwickeln, um die aktuellen Herausforderungen der Krebs-Chemotherapie zu überwinden. Das Programm konzentriert sich auf den Austausch von Know-how in den Bereichen MRI-geführter therapeutischer Ultraschall, Wirkstoff-Nano-Kapseln, Ultraschallforschung im Nanomaßstab, Zellbiologie und präklinische Onkologie-Forschung für die gezielte Abgabe von bestehenden Chemotherapeutika. Die Ergebnisse werden in einer Studie in der Fachzeitschrift Physical Review Letters der amerikanischen physikalischen Gesellschaft (American Physical Society) erscheinen. Dr. Mike MacDonald vom Institut für Medizinische Wissenschaft und Technologie ( Institute for Medical Science and Technology , IMSAT) im Vereinigten Königreich kommentiert: "Dieses Experiment bestätigt nicht nur eine fundamentale physikalische Theorie, sondern demonstriert auch ein neues Maß an Kontrolle über Ultraschall-Strahlen, die auch für nicht-invasive Ultraschall-Chirurgie, gezielte Verabreichung von Medikamenten und Ultraschall-Manipulation von Zellen angewendet werden können." Die von dem Team überprüfte Theorie war bisher noch nicht im Einzelexperiment nachgewiesen worden; sie gilt für Ton und Licht und wird in Bereichen wie der Quanten-Kommunikations und Biophotonik verwendet. Die Theorie besagt, dass das Verhältnis des Drehimpulses zur Energie in einem Vortex-Strahl gleich dem Verhältnis der Anzahl der ineinander verschränkten Spiralen zur Frequenz des Strahls ist. Dr. Christine Demore aus IMSAT kommentiert: "Zum ersten Mal bestätigen unsere experimentellen Ergebnisse direkt die Gültigkeit dieser grundlegenden Theorie. Zuvor war dieses Verhältnis theoretisch angenommen worden, da Drehimpuls und Energie in einem Strahl bisher immer nur unabhängig voneinander gemessen worden waren." Der von den Forschern generierte Ultraschall-Strahl ähnelt der "Doppel-Helix" der DNA, hat aber mehr verdrehte Strängen oder Helices. Dieser Vortexstrahl erzeugt eine rotierende, angulare Komponente des Impulses, die ein Drehmoment auf ein Objekt ausüben kann. In der letzten Veröffentlichung zeigten die Forscher, wie sie Vortexstrahlen mit vielen ineinandergreifenden Helices erzeugen können. Dazu verwendeten sie ein 1.000-Element-Ultraschallwandler-Array als akustisches Hologramm. Diese Strahlen sind so mächtig, dass sie die 90 Gramm schwere Platte des Ultraschallabsorbers in Wasser anheben und zur Rotation bringen können. Dr. MacDonald sagt, dass das Konsortium als Teil des NANOPORATION-Projekts "bereits begonnen hat, Ultraschall über seine bisherigen Anwendungsgrenzen hinaus zu führen, etwa im Hinblick auf die gezielten Verabreichung von Medikamenten und gezielte zelluläre Operation" , einem Feld, das "ein großes Potenzial für die Entwicklung neuer chirurgischer Techniken neben anderen Anwendungen, hat". Doch nun wird man sich fragen, was der Arzt von diesem Ultraschallgerät halten wird. Es ist reine Vermutung, aber es besteht Hoffnung, dass er beeindruckt sein würde. Dr. MacDonald formuliert es so: "Wie das Gerät von Dr. Who kann unser Ultraschallschraubenziehen mehr also nur Dinge herumdrehen."Weitere Informationen finden Sie unter: Zum Ultraschallschraubenzieher: http://www.youtube.com/watch?v=K2DfEhjipLE(öffnet in neuem Fenster) University of Dundee: http://www.dundee.ac.uk/(öffnet in neuem Fenster)
Länder
Israel, Vereinigtes Königreich