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比翱观察丨声音会是未来的良药吗?!科学创新利用噪音和声学进行治疗

ProAcoustics Prosynx 2023-02-13

编者注:从200多年前发明的原始听诊器,到万有引力波转瞬即逝的啁啾声,声音一直回荡在科技进步史上。19世纪的著名预言家Edgar Cayce曾有过“sound would be the medicine of the future - 声音将是未来的良药”的说法。相信很多事情都真正唤醒了声音的力量,而且我们现在有理论、工具与产业的推动力可以更进一步。

 
如今,声音在科学中的作用已经超出了可听频率的范围:超声波和其他静谧声波已经进入了研究人员的研究领域,帮助他们突破了传统医学和研究的界限。


 

在斯坦福大学实验室中,科学家们正在研究全频谱内噪音的细微差别和声学的力量,创造现代医学声学技术,展示声音和科学的结合是多么强大。研究人员正在识别和鉴定产生新心脏组织的声学特性!


心脏细胞是人体内最密集的细胞之一 — — 大约1亿个细胞可以容纳一个方糖大小的空间。这种紧凑的结构将细胞紧密地挤在一起,使它们能够相互交流,并“一鼓作气”地跳动着。然而,对于组织工程师来说,这是一个棘手的障碍:细胞包得太紧,有些细胞得不到适当的营养;太松散了,他们无法协调节奏。


心脏病专家Sean Wu博士和声学生物工程师Utkan Demirci博士提出了这样一个想法,我们可以使用声学将细胞包装得非常紧密,并且仍然保持控制和调节细胞组织的能力。他们利用声学将心脏细胞操纵成复杂的模式。频率和振幅的简单变化会使细胞运动,将它们引导到新的位置,并将它们固定到适当的位置。


 

这张图像显示了“音流 - cymatics”,即应用各种声音时在心脏细胞中产生的几何图案。在生物声学声音医学中,人们认为声音会影响每个细胞,科学继续证明这一古老的公理。


他们的想法是利用一种产生法拉第波的声波信号,这种波是由液体和空气界面的物理扰动产生的(如果你曾经在湍流平面上带着饮料飞行,你会在杯子里看到法拉第波)。波浪在液体中引起涟漪,任何漂浮在液体中的东西也会四处晃动。

声音信号引导心脏细胞通过凝胶形成一系列精确的模式。视频由Sean Wu和Utkan Demerci提供。
 
“你可以在微尺度上触发这些涟漪,”Demirci博士解释道,“就像当海潮把沉船上的宝藏扫到岸上时,我们对心脏细胞也在做同样的事情。”然而,最大的区别在于,我们可以通过调节改变波浪的旋钮来控制“涌浪”。研究人员可以引导心脏细胞进入他们想要的几乎任何模式。”你可以做三角形、六角形、圆形、线条,甚至可以做一点人形。而且,如果需要,你都可以在五到六秒钟内改变它,改变其频率和振幅,细胞就会移动到你眼前的一个新位置。

 

与其他组织工程策略不同,声学将心脏细胞定位在一个紧密的结构中,与天然心脏组织非常相似,从而将产生的跳动的点转化为医学上有价值的东西。Wu和Demerci认为声学工程可以帮助培养更真实的心脏病建模和药物筛选。未来甚至可将其生成的组织视为心脏壁薄弱或心脏病发作受损患者心脏补片的选择。

 

接下来,Demirci和Wu说,他们计划增加血管化 — — 将血液和氧气输送到器官各个部位的导管 — — 使他们生成的心脏组织更加逼真。

 

如是,声学可以创造出一种类似于天然心脏组织的形态。通过声音,我们可以创造出新的组织来代替受损心脏的一部分。声学可以用于重建其他器官组织和血管。


声音用来创造和协调,以及清洁和释放。这两种原理在使用高精度声波发生器的科学中都得到了应用。个人可以使用非侵入性的自然谐波声音(例如我们的声音、原声乐器、科学仪器等)安全地应用相同的原理。”


通过原文阅读了解此项研究的详细信息。



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