Forte adesione grazie alle bolle di cavitazione
I ricercatori canadesi hanno scoperto di poter utilizzare gli ultrasuoni per far aderire con particolare forza i cerotti in idrogel alla pelle. Il professore dell'ETH Outi Supponen ha ora chiarito il meccanismo di base: Nell'adesivo tra il cerotto e la pelle si formano delle bolle implodenti che ancorano il cerotto alla pelle.
Al giorno d'oggi, i cerotti in idrogel sono spesso utilizzati per la cura delle ferite o per attaccare alla pelle dispositivi elettronici portatili. Tuttavia, questi cerotti non aderiscono molto bene alla pelle, soprattutto se bagnata.
Tuttavia, i ricercatori canadesi guidati da Jianyu Li della McGill University hanno scoperto che gli ultrasuoni possono essere utilizzati per far aderire questi cerotti alla pelle in modo molto forte e per lungo tempo. I ricercatori possono anche utilizzare diverse intensità di ultrasuoni per regolare con precisione la forza con cui i cerotti di idrogel aderiscono alla pelle e ad altri tessuti.
Nei test sulla pelle di maiale, i cerotti applicati con gli ultrasuoni hanno aderito fino a 100 volte di più rispetto a quelli non trattati con gli ultrasuoni. Anche sulla pelle di topi vivi, i ricercatori hanno ottenuto un'adesione dieci volte più forte.
Tuttavia, il motivo per cui il trattamento a ultrasuoni ha contribuito a ottenere un'adesione così forte era un mistero per i ricercatori canadesi - che Outi Supponen, professoressa di fluidodinamica multifase presso l'ETH di Zurigo, e la sua ricercatrice post-dottorato Claire Bourquard hanno parzialmente risolto. Lo studio corrispondente dei due gruppi di ricerca è stato appena pubblicato sulla rivista "Science".
La cavitazione fa aderire meglio gli intonaci
Il motivo della forte adesione dei cerotti in gel è che gli ultrasuoni creano speciali bolle, dette di cavitazione, nell'adesivo sul lato inferiore dell'idrogel. Maggiore è l'intensità degli ultrasuoni, maggiore è il numero e la dimensione delle bolle create. Tuttavia, queste collassano immediatamente. In pochi millisecondi, le bolle si deformano ciascuna in un mini-getto che punta verso la superficie della pelle e che spinge i componenti molecolari dell'adesivo nell'epidermide come un martello pneumatico. In questo modo il gesso viene ancorato saldamente in posizione. "Il principio alla base di questa forte adesione è la cavitazione, un processo puramente meccanico", spiega Supponen.
Gli scienziati definiscono la cavitazione come la formazione e il collasso di bolle piene di vapore nei liquidi. Quando le bolle implodono, vengono rilasciate grandi quantità di energia. La cavitazione si verifica, ad esempio, su oggetti che si muovono molto velocemente nei liquidi, come le eliche delle navi o le turbine delle centrali idroelettriche. L'energia rilasciata quando le bolle collassano può danneggiare gravemente questi oggetti. Il verificarsi della cavitazione in tali applicazioni deve quindi essere evitato a tutti i costi.
"Se impariamo a usare l'energia di cavitazione in modo controllato, possiamo anche utilizzarla", afferma Supponen. Far aderire i cerotti idrogel con gli ultrasuoni è innocuo, come hanno dimostrato gli esperimenti sui ratti. "La cavitazione dell'adesivo causata dalle onde sonore non ha danneggiato la pelle degli animali".
La "tecnologia adesiva" a ultrasuoni potrebbe essere utilizzata, tra l'altro, per i cerotti che veicolano principi attivi come vaccini, farmaci antitumorali o insulina Chi siamo.
Riferimento alla letteratura
Ma Z, Bourquard C, Gao Q, et al. Bioadesione tenace controllata mediata dagli ultrasuoni. Science, 11 Aug 2022, Vol 377, Issue 6607, pp. 751-755, DOI: pagina esterna10.1126/science.abn8699