La tecnología basada en chips puede crear nuevas opciones para la terapia de ultrasonido con alta resolución e intensidad.

Una tecnología basada en chips que genere perfiles de sonido con alta resolución e intensidad podría crear nuevas opciones para la terapia de ultrasonido, que serían más efectivas y fáciles.\n\nUn equipo de investigadores dirigido por Peer Fischer del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes y la Universidad de Stuttgart ha desarrollado un proyector que modula de manera flexible campos de ultrasonido tridimensionales con un esfuerzo técnico comparativamente pequeño.\n\nDe este modo, se pueden generar perfiles de presión de sonido dinámicos con una resolución y una presión de sonido más altas de lo que permite la tecnología actual. \u003cbr\u003e Pronto será más fácil adaptar los perfiles de ultrasonido a pacientes individuales. Incluso pueden surgir nuevas aplicaciones médicas para la ecografía.\n\nEl ultrasonido se usa ampliamente como herramienta de diagnóstico tanto en la medicina como en la ciencia de los materiales. \u003cbr\u003e También se puede usar con fines terapéuticos. En los Estados Unidos, por ejemplo, los tumores de útero y próstata se tratan con ultrasonidos de alta potencia.\n\nEl ultrasonido destruye las células cancerosas mediante el calentamiento específico del tejido enfermo. \u003cbr\u003e Investigadores de todo el mundo están utilizando el ultrasonido para combatir tumores y otros cambios patológicos en el cerebro.\n\n\"Para evitar dañar el tejido sano, el perfil de presión sonora debe tener una forma precisa\", explica Peer Fischer, líder del grupo de investigación del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes y profesor de la Universidad de Stuttgart. Adaptar un campo de ultrasonido intensivo al tejido enfermo es algo más difícil en el cerebro. \u003cbr\u003e\n\nEsto se debe a que el casquete distorsiona la onda sonora. El Modulador de Ultrasonido Espacial (SUM) desarrollado por investigadores del grupo de Fischer debería ayudar a remediar esta situación y hacer que el tratamiento con ultrasonido sea más efectivo y más fácil en otros casos.\n\nPermite variar la forma tridimensional de ondas de ultrasonido incluso muy intensas con alta resolución y con menos esfuerzo técnico que el que se requiere actualmente para modular los perfiles de ultrasonido. \u003cbr\u003e\n\nLos métodos convencionales varían los campos de sonido con varias fuentes de sonido individuales, cuyas ondas pueden superponerse y desplazarse unas contra otras. Sin embargo, debido a que las fuentes de sonido individuales no se pueden miniaturizar a voluntad, la resolución de estos perfiles de presión sonora está limitada a 1000 píxeles.\n\nLos transmisores de sonido son tan pequeños que la presión sonora es suficiente para fines de diagnóstico pero no terapéuticos. \u003cbr\u003e Con la nueva tecnología, los investigadores primero generan una onda ultrasónica y luego modulan su perfil de presión sonora de forma independiente, esencialmente matando dos pájaros con Roca.\n\nDe esta forma, podemos utilizar transductores ultrasónicos mucho más potentes ”, explica el becario postdoctoral Kai Melde, que forma parte del equipo que desarrolló el SUM. \"Gracias a un chip de 10.000 píxeles que modula la onda ultrasónica, podemos generar un perfil mucho más definido\". \u003cbr\u003e\n\n\"Para modular el perfil de presión sonora, aprovechamos las diferentes propiedades acústicas del agua y el aire\", dice Zhichao Ma, becario postdoctoral en el grupo de Fischer, quien fue fundamental en el desarrollo de la nueva tecnología SUM: \" La onda ultrasónica atraviesa un líquido sin obstáculos, se refleja completamente en las burbujas de aire \".\n\nEl equipo de investigación de Stuttgart construyó así un chip del tamaño de una miniatura en el que pueden producir burbujas de hidrógeno por electrólisis (es decir, la división del agua en oxígeno e hidrógeno con electricidad) en 10,000 electrodos en una película delgada de agua. Cada uno de los electrodos tiene una longitud de borde de menos de una décima de milímetro y se pueden controlar individualmente.\n\nSi envía una onda ultrasónica a través del chip con un transductor (una especie de altavoz en miniatura), pasa a través del chip sin obstáculos. \u003cbr\u003e Pero tan pronto como la onda de sonido golpea el agua con las burbujas de hidrógeno, continúa viajando solo a través del líquido.\n\nComo una máscara, esto crea un perfil de presión sonora con recortes en los puntos donde se encuentran las burbujas de aire. Para formar un perfil de sonido diferente, los investigadores primero limpian las burbujas de hidrógeno del chip y luego generan burbujas de gas en un nuevo patrón. \u003cbr\u003e\n\nLos investigadores demostraron cómo funciona de forma precisa y variable el nuevo proyector de ultrasonido escribiendo el alfabeto en una especie de muestra de imágenes de perfiles de presión sonora. Para hacer visibles las letras, capturaron micropartículas en los distintos perfiles de presión sonora. Dependiendo del patrón de sonido, las partículas se organizaron en letras individuales. \u003cbr\u003e\n\nPara imágenes similares, los científicos que colaboraron con Peer Fischer, Kai Melde y Zhichao Ma dispusieron previamente micropartículas con perfiles de presión sonora, que modelaron utilizando una técnica ligeramente diferente.\n\nUtilizaron plantillas de plástico especiales para deformar el perfil de presión de una onda ultrasónica como un holograma y colocar pequeñas partículas, así como células biológicas en un líquido, en el patrón deseado. Sin embargo, los hologramas de plástico solo proporcionaban imágenes fijas. \u003cbr\u003e Para cada nuevo patrón, tenían que hacer una plantilla de plástico diferente.\n\nUsando el proyector de ultrasonidos, el equipo de Stuttgart puede generar un nuevo perfil de sonido en unos 10 segundos. \"Con otros chips, podríamos aumentar significativamente la velocidad de fotogramas\", dice Kai Melde, quien dirigió el equipo de desarrollo de hologramas. \u003cbr\u003e\n\nLa técnica podría utilizarse no solo con fines diagnósticos y terapéuticos, sino también en laboratorios biomédicos. Por ejemplo, para organizar las células en modelos organoides.\n\nDichos organoides permiten pruebas útiles de ingredientes farmacéuticos activos y, por lo tanto, podrían reemplazar al menos parcialmente los experimentos con animales.\n\nPeer Fischer, líder del grupo de investigación, Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes.