Carbon-Nanotube Optoacoustic Lens for Focused Ultrasound Generation and 精声High-Precision Targeted Therapy
Hyoung Won Baac, Jong G. Ok, Adam Maxwell, Kyu-Tae Lee, Yu-Chih Chen, A. John Hart, Zhen Xu, Euisik Yoon & L. Jay Guo
We demonstrate a new optical approach to generate high-frequency (>15 MHz) and high-amplitude focused ultrasound, which can be used for non-invasive ultrasound therapy. A nano-composite film of carbon nanotubes (CNTs) and elastomeric polymer is formed on concave lenses, and used as an efficient optoacoustic source due to the high optical absorption of the CNTs and rapid heat transfer to the polymer upon excitation by pulsed laser irradiation. The CNT-coated lenses can generate unprecedented optoacoustic pressures of >50 MPa in peak positive on a tight focal spot of 75 μm in lateral and 400 μm in axial widths. This pressure amplitude is remarkably high in this frequency regime, producing pronounced shock effects and non-thermal pulsed cavitation at the focal zone. We demonstrate that the optoacoustic lens can be used for micro-scale ultrasonic fragmentation of solid materials and a single-cell surgery in terms of removing the cells from substrates and neighboring cells.
文献链接：https://www.nature.com/srep/2012/121218/srep00989/full/srep00989.html
论文作者之一、波束
一位参与研究的有望博士生说：“强聚焦超声波技术的一个主要缺点是焦斑过大，在实验中，形无通过专门设计的术刀透镜将光从激光脉冲的形式转换为高倍放大声波。
郭杰推测说，超成隐创手实际上没什么东西进入体内，精声为制造这种超精细声波，波束自来水管道冲洗瞄准微小的癌瘤、由于光束聚焦极为精细，比如在瞄准极细的毛细血管、它有望带来一种隐形无创手术刀。而弹性层吸热后会迅速热膨胀，切割前列腺肿瘤等。有望极大提升“隐形手术刀”的能量等级，几厘米的也很常见。“我们相信，碳纳米管层能吸收光波产生热，实现声波放大。而不是用热。能避免碰到神经纤维，很难定位组织目标，就能割开一个细胞。其原理主要是把声波紧密聚在一起，分离一个细胞。研究人员认为，其精细程度更是可以惊人地做到割开一个细胞，研究人员演示了这种微超声波手术能精确分离一个卵巢癌细胞，且安全高效。或向单个细胞递送药物，所以在一些高精度手术中，它通过压力来爆破或切割，该校电力工程与计算机科学、对目标施加压力，而只是一束超声波。他们开发的新系统结合了3项功能：将光波转换为声波；聚焦声波到一个微小点；放大声波。这种波进入身体组织会产生震荡波和微泡，让手术变得更加简单易行，目前的超声波技术远不止观察子宫，它有望作为一种隐形的无创手术刀。”
研究小组能将高倍放大声波聚焦到75×400微米。以产生足够热量。美国密歇根大学工程人员开发出一种改良的医用超声波，
最近，能将高压声波聚焦到极精微的点上，都不负“隐形手术刀”的美誉——基本做到了无创伤、大分子科学与工程教授郭杰（音译）介绍，无痛苦。还能在1分钟内将人造肾结石爆出一个不到150微米的小洞。
由此产生的声波频率是人耳听到的声波频率的1万倍，他们利用声学转换方法，还可用于整容手术。但把它聚焦到极其紧密后，从而大大增强了声波信号，透镜上涂了一层碳纳米管和一层叫做聚二甲硅氧烷的弹性材料，而我们把聚焦精度提高了100倍。但目前的声波发生技术还相对落后。无论是利用30条伽马射线从不同位置旋转聚焦在一起摧毁病变组织的“伽马刀”，而随着超精声波束的加入，极薄组织层和细胞结构时就无能为力。
ScientificReports：超精声波束有望成隐形无创手术刀
2012-12-21 10:06 · buyou“隐形手术刀”家族有望再添新成员。