Мастер на все руки — кавитация

— Для наглядного представления о том, какую силу мы пытаемся приручить, поставим небольшой опыт, — предложил заведующий лабораторией ультразвуковой техники и технологий Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники кандидат технических наук Николай Дежкунов.

Ученый оторвал от рулона алюминиевой фольги небольшой кусочек, погрузил его в специальный сосуд, наполненный водой, и щелкнул тумблером. Послышалось легкое гудение, на фольге моментально появились крохотные воздушные пузырьки, и, чтобы они не подняли ее к поверхности, пришлось даже придержать объект нашего интереса пинцетом. Буквально на глазах в алюминии возникли и начали быстро расти сквозные дыры, и если бы через 15 секунд установку не выключили, то изрешеченный металлический лоскуток точно бы развалился на части. Его разрушил ультразвук…

Сразу же подумалось об известной процедуре УЗИ. А не разрушаются ли точно так же клетки организма при обследовании внутренних органов с помощью этих сокрушительных волн? Как оказалось, нет, не разрушаются, поскольку при акустическом сканировании используются другие, более щадящие для всего живого частоты. Однако мощный высокочастотный ультразвук, близкий по характеристикам к тому, что в нашем опыте расправился с фольгой, тоже, как выяснилось, используется в медицине, и области его применения будут расширяться.

— Могу успокоить, — пояснил Николай Дежкунов, — звукочувствительные лекарства, которые разрабатываются с нашим участием учеными Московского государственного университета, не должны травмировать ткани организма, так как меру ультразвукового воздействия мы точно знаем. Для этого нами и создаются специальные приборы — кавитометры. На основании спектрального анализа кавитационного шума они измеряют суммарную силу ударных волн, вызванных кавитацией, которая в свою очередь была порождена ультразвуком. При этом явлении в жидкости или гелеобразной среде (а наше тело и есть такая среда) из-за перепада давления возникают и тут же со сверхзвуковой скоростью захлопываются миллионы крохотных пузырьков воздуха. Они генерируют микроскопические, но очень мощные микроструи жидкости и ударные волны, которые и вызывают разрушение материалов, находящихся в контакте с пузырьками.

Но что такое звукочувствительные лекарства и что они должны лечить? По замыслу, эти сильнодействующие препараты нового поколения должны представлять собой герметичные наноразмерные капсулы с химически нейтральной оболочкой вокруг собственно лекарственного вещества. Предназначены они для локального воздействия. Введенные в кровеносные сосуды, такие препараты могут долго циркулировать по телу, не проникая через мембраны клеток и не оказывая влияния на организм, пока их в нужное время и в нужном месте дистанционно не «откроют» с помощью ультразвука. При этом находящиеся в крови наноконтейнеры одновременно служат и затравкой для возникновения кавитационных пузырьков, и средством доставки. Под действием ультразвука, сфокусированного, скажем, на воспалившееся колено, оболочки наночастиц в этом месте одновременно разрушаются, и препарат попадает точно по адресу, не причиняя вреда печени, почкам и другим органам.

Партнеры белорусских ученых — специалисты МГУ сегодня уже испытывают в московской клинике звукочувствительный препарат против раковых опухолей, который должен буквально расстреливать больные клетки. При этом они активно используют белорусский кавитометр. Ведь только точная информация о параметрах кавитации, поступающая в реальном масштабе времени, позволяет филигранно управлять процессом разрушения капсул, не повреждая при этом здоровые ткани организма.

Высокая точность измерений активности кавитации — залог успеха не только в медицине, но и во многих областях научных исследований в технике. Институт тепло- и массообмена Национальной академии наук Беларуси, например, с успехом использует отечественные кавитометры для контроля процесса создания эмульсионных топлив и технологий их получения, а также при обработке наноматериалов. На Минском тракторном заводе прибор применяют для тестирования эффективности ультразвуковой очистки, а в ООО «ЛАРК КАМ» он успешно испытан в новом технологическом процессе — кавитационной стерилизации молока, также разработанном в ИТМО.

На многих предприятиях под контролем созданного в БГУИР прибора ведется ультразвуковая очистка, смешиваются компоненты, которые невозможно объединить в обычных условиях, исследуется воздействие ультразвука на биологические объекты. Среди заказчиков не только отечественные, но и зарубежные предприятия и научные центры — в России, Нидерландах, Италии.

Кстати, с итальянцами — учеными Триестского университета — лаборатория ультразвуковой техники и технологий БГУИР активно сотрудничает в изучении загадочных оптических и температурных эффектов, возникающих в жидкостях при ультразвуковом воздействии на определенных частотах и при высоком давлении.

Речь идет, в частности, о звуколюминесценции — свечении, возникающем при захлопывании кавитационных микропузырьков. Как оказалось, свечение имеет тепловую природу и вызвано разогревом парогазовой смеси внутри пузырьков до температур в несколько десятков тысяч градусов — выше температуры на поверхности Солнца! Теоретически возможно достижение и более высоких температур — до миллиона градусов и давлений до нескольких тысяч атмосфер. Это открывает новые возможности для воздействия ультразвуком на вещество и для реализации новых экзотических реакций, вплоть до реакции ядерного синтеза.

Плодом исследований, выполненных белорусскими учеными совместно с Триестским университетом, стали методы управления активностью кавитации, обеспечивающие существенное повышение температур и давлений, достигаемых при захлопывании кавитационных пузырьков. Получены также результаты фундаментального характера, в частности, сформулирована теорема о максимуме активности кавитации. Эксперименты подтвердили, что даже при небольшом увеличении давления температура, достигаемая при захлопывании пузырьков, повышается в 10 — 15 раз, и, если в новое направление вкладывать средства, эффект можно будет использовать на практике.

Впрочем, достижение сверхвысоких температур в пузырьках — задача все же не сегодняшнего дня. Поэтому исследователи сконцентрировались на более приземленных целях. Вот, например, проблема: экспорт в Европу приборов для измерения кавитационной активности сдерживает то, что на континенте нет наших специализированных сервисных центров. И хотя кавитометров, равных по характеристикам белорусским, в мире нет, покупать их пока спешат немногие. Ведь не отправлять же дорогое приобретение для настройки или устранения неисправностей всякий раз в Минск? Поэтому большие надежды ученые возлагают на переговоры, которые ведутся сейчас с одной из французских фирм, обслуживающих электронную технику. Договорятся на взаимовыгодных условиях — новое направление экспорта будет открыто.

Источник: РЭСПУБЛIКА

Последние новости

ГЛАВНОЕ

Очередная схема: “Белпочта” предупреждает о сообщениях мошенников в мессенджерах

29 марта 2024
ГЛАВНОЕ

Ущерб природе от строительства Польшей забора в Беловежской пуще составил около $20 млн

29 марта 2024
КАЛЕЙДОСКОП

Чем грозит ретроградный Меркурий в апреле 2024-го

29 марта 2024
ПРЕЗИДЕНТ

Сергеенко и ряд других руководителей освобождены от прежних должностей в связи с переходом на выборные должности

29 марта 2024
КАЛЕЙДОСКОП

Погода на выходные: преимущественно без осадков и до +23°С

29 марта 2024
ГЛАВНЫЕ НОВОСТИ

Сотрудники прокуратуры Быховского района приняли участи в республиканской добровольной акции «Аднавiм лясы разам»

29 марта 2024
КАЛЕЙДОСКОП

К 80-летию освобождения от немецко-фашистских захватчиков утверждена эмблема, отражающая силу и непокоренность народа-победителя

29 марта 2024
ТЕХНОЛОГИИ

Пользователи Тelegram из Беларуси смогут ограничивать круг тех, кто может присылать им личные сообщения

29 марта 2024
В МИРЕ

В Минэнерго Украины заявили о массированной атаке на объекты энергетики

29 марта 2024
ОБЩЕСТВО

Скончался пострадавший во время теракта в «Крокусе» белорус, за жизнь которого боролись врачи

29 марта 2024

Архивы

Рекомендуем

ГЛАВНЫЕ НОВОСТИ

Быховские правоохранители в течение суток раскрыли уголовное преступление

25 марта 2024
ВАШЕ ЗДОРОВЬЕ

Как в условиях модернизации Быховской ЦРБ оказывается медицинская помощь жителям района

25 марта 2024
ГЛАВНЫЕ НОВОСТИ

В Быховском районе горела баня

26 марта 2024
ГЛАВНЫЕ НОВОСТИ

В Быхове чествовали лучших работников коммунальной сферы

21 марта 2024
ГЛАВНЫЕ НОВОСТИ

На Быховщине состоялось очередное заседание комиссии по содействию занятости населения райисполкома

20 марта 2024
КУЛЬТУРА

Быхаўчан запрашаюць на тыдзень традыцыйнага мастацтва

21 марта 2024
ГЛАВНОЕ

Сергей Антонов, известный быховчанам своими писаниной и видосиками на экстремистских каналах, подался в бега

20 марта 2024
ОБРАЗОВАНИЕ

Единый урок, посвященный годовщине трагедии в Хатыни, пройдет 22 марта во всех школах Беларуси

22 марта 2024