Profesor Arkadiusz Józefczak z Katedry Akustyki jest współautorem publikacji, która ukazała się na łamach czasopisma „Ultrasonics Sonochemistry”. W pracy opisane zostały badania nad kroplami Pickeringa jako materiałem dźwiękoaktywnym. Uzyskane przez naukowców wyniki mogą wpłynąć na poprawę skuteczności terapii ultradźwiękowych stosowanych w chorobach nowotworowych.
Czasopismo „Ultrasonics Sonochemistry” należy do wiodących międzynarodowych czasopism publikujących prace z zakresu badań nad ultradźwiękami i sonochemią. Publikacja poznańskich akustyków w składzie: prof. Arkadiusz Józefczak, dr Rafał Bielas, mgr Bassam Jameel oraz mgr Yaroslav Harkavyi nosi tytuł „Optimization of ultrasound heating with Pickering droplets using core-shell scattering theory” i dotyczy potencjalnego wykorzystania emulsji Pickeringa w hipertermii, czyli nagrzewaniu ultradźwiękowym, które może mieć działanie terapeutyczne. Emulsja to układ koloidalny dwóch niemieszających się cieczy, w których jedna z faz jest rozproszona w drugiej fazie w postaci kropel. Emulsja Pickeringa zaś to taka emulsja, która stabilizowana jest cząstkami stałymi zgromadzonymi na powierzchni kropelek.
Nagrzewanie tkanek, wywołane przez absorpcję ultradźwięków o częstotliwościach megahercowych, jest jednym z najwcześniejszych zastosowań ultradźwięków w medycynie. Okazuje się, że skuteczność ultradźwięków w terapii hipertermicznej można znacznie poprawić, umieszczając w ogrzewanej tkance materiały dźwiękoaktywne. Mogą one zmaksymalizować efekty nadźwiękawiania, ponieważ znacznie zwiększają tłumienie i rozpraszanie fali ultradźwiękowej. W tym celu można używać różnorodnych materiałów, w tym także nanocząstek magnetycznych i kropel Pickeringa stabilizowanych takimi cząstkami. Właśnie te ostatnie zostały zaproponowane w opisywanej pracy. Przedstawione w niej obliczenia numeryczne, w połączeniu z symulacjami komputerowymi, pozwoliły na optymalizację efektywności nagrzewania ultradźwiękowego w materiałach imitujących miękkie tkanki, wypełnionych emulsjami o różnej wielkości kropel oraz grubości powłoki wokół nich. Pokazano, że parametry te wpływają na tłumienie fal ultradźwiękowych, co skutkuje nie tylko różnym wzrostem temperatury, ale i głębokością wnikania fal ultradźwiękowych. Co ciekawe, większą zmianę temperatury odnotowano, gdy modelowane krople były rozmiarów nanometrowych niż dla większych kropel. Na tym nie koniec, gdyż zastosowanie kropel Pickeringa w fantomach tkankowych pozwoliło naukowcom z Katedry Akustyki uzyskać, poza wzrostem temperatury, także skupienie energii ultradźwiękowej w małym obszarze.
Nanocząstki magnetyczne same mogą być źródłem ciepła, jeśli poddamy je działaniu zmiennego pola magnetycznego. Połączenie hipertermii ultradźwiękowej i magnetycznej daje obiecującą terapię sonomagnetyczną, która była również przedmiotem wcześniejszych badań w Katedrze Akustyki UAM. Taka terapia bimodalna zapewnia nie tylko skumulowane ogrzewanie w miejscu zainteresowania, ale też stwarza warunki do synergistycznej interakcji między dwoma mechanizmami.
zob. też Prof. Anna Preis. Ciesz się ciszą
Ultradźwięki wykorzystywane są w terapiach medycznych; powszechnie stosuje się je także w diagnostyce. W ostatnich latach silnie rozwija się nowe podejście do terapii i diagnostyki, które łączy obie strony medalu – tzw. teranostyka ultradźwiękowa. Zespół prof. Józefczaka ma w tym zagadnieniu doświadczenie, między innymi opisane w publikacji „Ultrasound transmission tomography-guided heating with nanoparticles” opublikowanej na łamach czasopisma „Measurement”. Do śledzenia ultradźwiękowego nagrzewania z wykorzystaniem nanomateriałów zaproponowano w niej ultradźwiękową tomografię transmisyjną. Przetestowano fantomy imitujące tkanki z różnymi nanomateriałami, głównie z nanocząstkami magnetycznymi. Badano ich wpływ na kontrast obrazowania za pomocą tomografii ultradźwiękowej oraz możliwość monitorowania procesu nagrzewania. Pokazano, że tomografia ultradźwiękowa jest czuła na obecność nanomateriałów magnetycznych i, co najważniejsze, na zmiany temperatury. To połączenie ultradźwięków i nanomateriałów może być podstawą nowej platformy teranostycznej. Badania te przeprowadzono we współpracy z Politechniką Wrocławską.
Praca, która ukazała się w „Ultrasonics Sonochemistry”, ma charakter teoretyczny, jednak jak podkreśla prof. Arkadiusz Józefczak, aktualnie prowadzone są badania eksperymentalne mające na celu pogłębienie wiedzy na ten temat i potwierdzenie teoretycznych rezultatów, co jest kolejnym małym krokiem w kierunku lepszego wykorzystania terapii ultradźwiękowych w rzeczywistej praktyce klinicznej.
