感聲微液滴氣化的物理機制新發現

感聲的微小乳液液滴(其成分多為全氟碳化物，Perfluorocarbon)，因其較低的沸點，可以通過體外的超聲激勵而實現液態－氣態的狀態轉化，即氣化。這種感聲的乳液液滴可以成為包裹藥物的載體實現超聲激發的靶向藥物釋放;可以實現靶向超聲造影成像;也可以用于栓塞療法治療腫瘤等。因感聲乳液液滴在醫學診斷和治療方面具有廣泛的應用潛力，成為醫學超聲領域的研究熱點。

然而，感聲微液滴氣化的物理機制尚不清楚。目前在實驗室中用以激發感聲微液滴氣化的超聲聲壓強度往往遠高于臨床使用的安全范圍，成為該技術向臨床轉化的重要阻礙之一。此前，已有研究對感聲微液滴氣化的機理和過程進行過探索，但都未能完整地揭示其物理機制。最近，荷蘭的科學家們在美國科學院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS)上發表了他們的最新研究成果。他們的研究表明感聲微液滴氣化是由聲波的超諧聚焦效應所引起的。理論推導結合實驗驗證，他們的研究揭示了氣化發生的完整過程和物理機制。

他們的理論分析指出，由于超聲遇到乳液微液滴而發生的非線性傳播以及乳液微液滴對聲波的衍射作用(即聚焦作用)的共同作用(這種作用被稱為超諧聚焦效應，Superharmonic focusing)，使得在微液滴內部的某一特定位置，會出現一個負聲壓的峰值，該峰值是聲波本身負壓峰值的數倍。這個位置就是氣化發生的開始位置。系統研究表明，該位置以及該峰值的大小與入射超聲的頻率、微液滴的大小具有相關性。隨后，科學家們利用幀頻為2千萬張/秒的超快速相機在顯微鏡下觀測了142個感聲乳液微液滴的氣化過程。實驗觀測與理論預測的吻合度很高。研究表明通過適當的優化，可以使用較低的聲壓實現感聲微液滴的氣化，從而有效提高該項技術的安全性能。