ИСТИНА

Перспективным материалом для адресной доставки лекарственных препаратов является наноструктурированный кремний, так как он имеет ряд ценных свойств, таких как биосовместимость, биодеградируемость и высокая проникающая способность. Наночастицы (НЧ) кремния способны повышать проницаемость клеточных мембран, а также накапливаться в опухолевых тканях в пассивном режиме за счёт прикрепления к ним рецепторов, специфичных для определённых опухолей. Интересным как с точки зрения физики, так и с точки зрения биологии и медицины представляется изучение свойств НЧ кремния под действием внешних полей. Основная идея базируется на том факте, что наличие НЧ в тканях приводит к дополнительному поглощению ультразвуковых волн, что позволит проводить нацеленное воздействие на опухолевые ткани. Целью данной работы являлось определение порога кавитации в водных суспензиях кремниевых НЧ и измерение нагрева суспензии при ультразвуковой кавитации. В эксперименте использовались гидрофобные кремниевые НЧ, полученные методом электрохимического травления. Регистрация порога кавитации и её интенсивности осуществлялась по измерению амплитуды субгармоники в спектре волны, прошедшей через суспензию НЧ. Кавитационные пузырьки при схлопывании в ультразвуковом поле излучают импульсы с широким спектром частот. При низких, подпороговых интенсивностях в спектре волны, прошедшей через суспензию НЧ наблюдается компонента только основной частоты ультразвука f. С повышением интенсивности спектр излучаемого сигнала становится более сложным и может включать более высокие гармоники и субгармоники. Возникновение гармоники или субгармоники в спектре сигнала считается показателем нелинейного движения пузырька. Наиболее активно изучалось возникновение субгармоники f/2, поскольку именно для неё получены многократные свидетельства существования связи между излучением звука и зарегистрированными биологическими эффектами. В работе использовался генератор Tektronix AFG 3021В, пьезоэлектрический излучатель, гидрофон Precision Acoustics и цифровой осциллограф Tektronix TDS 3032B. На излучатель подается сигнал, который, преобразуюсь в ультразвуковую волну частотой 2091 кГц, проходит через суспензию кремниевых НЧ. Прошедшая волна фиксируется приемником, резонансная частота которого соответствует субрагоминке f/2, то есть 1045кГц. Сигнал с приемника подается на осциллограф и записывается в память ПК. В кювете с суспензией также располагается термопара диаметром 0.2 мм, фиксирующая изменение температуры. зависимости от амплитуды акустического давления. Из полученных графиков видно, что в суспензии кремниевых НЧ значительно ниже порог кавитации и существенно больше колебания температуры. Это происходит из-за того, что при движении кремниевых НЧ в ультразвуковом поле появляется дополнительная сила вязкого трения и, как следствие, дополнительное поглощение энергии, что может быть учтено в уравнении теплопроводности: где α – коэффициент поглощения, обусловленный наличием НЧ в растворе. Указанные на графиках значения нагрева являются усредненными за 60 секунд в относительно большой области. Локальные же температурные всплески, обусловленные схлопыванием пузырьков кислорода, содержащегося в порах кремния, могут достигать сотен градусов Цельсия и оказывать значительное влияние на биологические ткани.