感声微液滴气化的物理机制新发现

感声的微小乳液液滴(其成分多为全氟碳化物，Perfluorocarbon)，因其较低的沸点，可以通过体外的超声激励而实现液态－气态的状态转化，即气化。这种感声的乳液液滴可以成为包裹药物的载体实现超声激发的靶向药物释放;可以实现靶向超声造影成像;也可以用于栓塞疗法治疗肿瘤等。因感声乳液液滴在医学诊断和治疗方面具有广泛的应用潜力，成为医学超声领域的研究热点。

然而，感声微液滴气化的物理机制尚不清楚。目前在实验室中用以激发感声微液滴气化的超声声压强度往往远高于临床使用的安全范围，成为该技术向临床转化的重要阻碍之一。此前，已有研究对感声微液滴气化的机理和过程进行过探索，但都未能完整地揭示其物理机制。最近，荷兰的科学家们在美国科学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS)上发表了他们的最新研究成果。他们的研究表明感声微液滴气化是由声波的超谐聚焦效应所引起的。理论推导结合实验验证，他们的研究揭示了气化发生的完整过程和物理机制。

他们的理论分析指出，由于超声遇到乳液微液滴而发生的非线性传播以及乳液微液滴对声波的衍射作用(即聚焦作用)的共同作用(这种作用被称为超谐聚焦效应，Superharmonic focusing)，使得在微液滴内部的某一特定位置，会出现一个负声压的峰值，该峰值是声波本身负压峰值的数倍。这个位置就是气化发生的开始位置。系统研究表明，该位置以及该峰值的大小与入射超声的频率、微液滴的大小具有相关性。随后，科学家们利用帧频为2千万张/秒的超快速相机在显微镜下观测了142个感声乳液微液滴的气化过程。实验观测与理论预测的吻合度很高。研究表明通过适当的优化，可以使用较低的声压实现感声微液滴的气化，从而有效提高该项技术的安全性能。