Nanokropelki kwantowe (QD) są wyjątkowymi cząstkami półprzewodnikowymi o rozmiarze od 1 do 10 nm, które wykazują właściwości optyczne zależne od ich rozmiaru. Dzięki tym właściwościom oraz wyjątkowej odporności na fotooksydację, nanokropelki kwantowe znalazły szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach, w tym w biologii. W biologicznych systemach nanokropelki kwantowe są wykorzystywane do monitorowania procesów wewnątrzkomórkowych, obrazowania molekularnego oraz jako nośniki leków. Ich unikalne właściwości optyczne, takie jak fotoluminescencja, pozwalają na uzyskiwanie obrazów o wysokiej rozdzielczości, co jest szczególnie cenne w medycynie, w diagnostyce i terapii nowotworów.

Zastosowanie nanokropelek kwantowych w biologii stawia przed naukowcami nowe wyzwania, zwłaszcza w zakresie ich funkcjonalizacji powierzchniowej. Modyfikacja powierzchni tych cząsteczek przy pomocy różnych grup chemicznych może poprawić ich stabilność w organizmach żywych oraz umożliwić precyzyjne kierowanie cząsteczek do określonych typów komórek, takich jak komórki nowotworowe. Zdolność do wiązania z różnymi biomolekułami, takimi jak białka czy kwasy nukleinowe, umożliwia użycie nanokropelek kwantowych do rozwoju nowych terapii genowych oraz systemów monitorowania, co może rewolucjonizować podejście do leczenia wielu chorób.

Nanokropelki kwantowe, ze względu na swoją niewielką wielkość oraz wyjątkowe właściwości optyczne, stanowią także doskonałe narzędzie w obrazowaniu medycznym. Mogą być używane w metodach takich jak mikroskopia fotoakustyczna (PAM) czy tomografia fotoakustyczna (PACT), gdzie ich zastosowanie w badaniach in vivo umożliwia uzyskiwanie obrazów struktur biologicznych na poziomie komórkowym. Dzięki swojej zdolności do emitowania światła w wyniku ekscytacji fotonami, nanokropelki kwantowe umożliwiają uzyskiwanie dokładnych obrazów tkanek, co jest nieocenione w diagnostyce wczesnych stadiów chorób nowotworowych.

W kontekście medycyny, jedną z głównych zalet nanokropelek kwantowych jest ich zdolność do jednoczesnego pełnienia kilku funkcji, takich jak obrazowanie i dostarczanie leków. Nanokropelki mogą transportować cząsteczki terapeutyczne do określonych tkanek, co znacząco poprawia skuteczność leczenia i zmniejsza skutki uboczne leczenia systemowego. Na przykład, mogą być wykorzystywane w terapii genowej, gdzie jako nośniki DNA lub RNA pozwalają na precyzyjne wprowadzenie materiału genetycznego do docelowych komórek. Ponadto, z uwagi na możliwość kontrolowania ich rozmiaru i kształtu, można je dostosować do specyficznych wymagań danej terapii.

Nie mniej ważnym zagadnieniem jest ocena toksyczności nanokropelek kwantowych. W badaniach dotyczących biokompatybilności tych cząsteczek, wykazano, że ich potencjalna toksyczność zależy od wielu czynników, takich jak rodzaj materiału, rozmiar czy sposób funkcjonalizacji powierzchni. W kontekście praktycznego zastosowania, konieczne jest przeprowadzenie dokładnych badań przed zastosowaniem nanokropelek kwantowych w terapii ludzkiej, aby upewnić się, że nie wywołują one niepożądanych reakcji w organizmach żywych. Również ważnym aspektem jest ich zdolność do gromadzenia się w określonych narządach, co wymaga monitorowania w trakcie długoterminowego stosowania w medycynie.

Ostatnio rozwijane technologie optycznych czujników ultradźwiękowych otwierają nowe możliwości w zakresie zdjęć fotoakustycznych. Te nowoczesne czujniki oferują wyższą czułość, szerszy zakres częstotliwości i miniaturową formę, co sprawia, że stają się one alternatywą dla tradycyjnych przetworników piezoelektrycznych. Dzięki tym urządzeniom możliwe jest uzyskiwanie obrazów o wyższej rozdzielczości oraz głębokości penetracji, co jest istotne w diagnostyce obrazowej w medycynie. Zastosowanie takich czujników w połączeniu z nanokropelkami kwantowymi może znacznie podnieść jakość obrazów fotoakustycznych i umożliwić ich stosowanie w szerokim zakresie aplikacji, od monitorowania procesów biologicznych po bardziej precyzyjne lokalizowanie i diagnozowanie chorób.

Wszystkie te aspekty świadczą o dynamicznym rozwoju technologii związanych z nanokropelkami kwantowymi i ich szerokim potencjale w zastosowaniach medycznych. Warto pamiętać, że pomimo ogromnych możliwości, jakie te technologie oferują, ich rozwój wiąże się z wieloma wyzwaniami, w tym z problemami związanymi z bezpieczeństwem ich stosowania w organizmach żywych. Jednakże, postępująca praca badawcza oraz rozwój nowoczesnych narzędzi diagnostycznych mogą pozwolić na wyeliminowanie tych trudności, otwierając drogę do szerszego zastosowania nanotechnologii w medycynie.

Jak obrazowanie fotoakustyczne (PA) może wspierać monitorowanie terapii nowotworowych?

Współczesne podejścia do leczenia nowotworów, zwłaszcza tych złożonych jak rak piersi czy rak płuc, są zależne od precyzyjnego monitorowania zmian w obrębie guzów oraz ich układu naczyniowego. W tym kontekście technologia obrazowania fotoakustycznego (PA) wykazuje ogromny potencjał jako narzędzie wspomagające ocenę skuteczności terapii nowotworowych, a także w monitorowaniu dynamiki procesów oksygenacji w guzie. Tradycyjne metody, takie jak mikroskopia inwizyjna, histochemia, czy MRI, często nie wystarczają do ścisłej oceny zmian zachodzących w wyniku leczenia. Obrazowanie PA staje się w tym przypadku przełomowe, pozwalając na bezpośrednią ocenę 3D zmieniającej się struktury naczyniowej i perfuzji nowotworu w czasie rzeczywistym, bez konieczności stosowania kontrastów zewnętrznych.

Badania takie jak prace Tomaszewskiego et al. wykazały, że wykorzystanie obrazowania PA podczas wyzwań tlenowych ujawnia różnice w dynamice oksygenacji w różnych modelach myszy z rakiem prostaty, które nie były widoczne przy statycznym obrazowaniu PA. Takie podejście pozwala na bardziej precyzyjne monitorowanie procesów fizjologicznych w obrębie guza, co ma kluczowe znaczenie przy ocenie odpowiedzi na leczenie. Ron et al. przeprowadzili podobne badania z wykorzystaniem systemu MSOT, tworząc trójwymiarowe mapy oksygenacji u myszy z guzami piersi, co umożliwiło im szczegółową analizę odpowiedzi na wyzwanie tlenowe. Z kolei Ghosh et al. pokazali zastosowanie technologii OE-MSOT w badaniach nad reakcją guzów raka płuc na terapie ukierunkowane na heme, co potwierdziło wzrost perfuzji nowotworowej w wyniku terapii.

Obrazowanie PA znajduje również zastosowanie w monitorowaniu skutków terapii, zwłaszcza w kontekście radioterapii i chemioterapii, które mają na celu zmianę struktury naczyniowej guza i poprawę dostarczania tlenu do jego wnętrza. Badania przeprowadzone przez Rich et al. pokazały, że zmiany w poziomach saturacji tlenem (StO2) mogą być wykryte już na wczesnym etapie, zanim zauważalne staną się zmiany objętości guza, co umożliwia szybszą ocenę skuteczności leczenia. Odpowiedź guza na różne dawki radioterapii (np. 10 Gy, 20 Gy, 30 Gy) jest również zależna od początkowych poziomów StO2 w guzach, co zostało udokumentowane przez Costa et al.

Wykorzystanie PA w terapii fotodynamicznej (PDT), która opiera się na aktywacji fotosensybilizatorów światłem o określonej długości fali, również zyskuje na znaczeniu. Obrazowanie PA jest w stanie monitorować zmiany oksygenacji w guzie zarówno przed, jak i po leczeniu, co pozwala na ocenę efektywności terapii. Neuschmelting et al. udowodnili, że w przypadku raka nerkowego po zastosowaniu PDT z wykorzystaniem fotosensybilizatora WST11, następuje znaczący spadek poziomu StO2 w guzie, co może wskazywać na początek skutecznej odpowiedzi na leczenie. Podobnie, Mai et al. zastosowali OR-PAM do monitorowania zmian w mikrokrążeniu w guzach czerniaka, gdzie oceniono zmiany w strukturze naczyniowej przy użyciu parametrów takich jak średnica naczyń, ich gęstość czy stopień perfuzji.

Jednym z przełomowych badań w tej dziedzinie jest praca Mallidi et al., która po raz pierwszy pokazała, że obrazowanie PA może nie tylko monitorować efekty PDT, ale także przewidywać reakcje guzów na leczenie. W badaniu tym, guzom, które odpowiedziały na PDT, towarzyszyła znaczna zmiana w poziomie StO2 w ciągu 24 godzin po terapii, natomiast guzy, które nie odpowiedziały na leczenie, nie wykazały istotnych zmian w oksygenacji. Dzięki trójwymiarowym mapom saturacji tlenu PA, autorzy byli w stanie wskazać obszary guza, które nie odpowiadały na leczenie, a także przewidzieć obszary, w których doszło do nawrotu nowotworu w ciągu 24 godzin od zakończenia terapii. Tego typu mapy predykcyjne otwierają nowe możliwości w kierunku personalizowania leczenia, umożliwiając dostosowanie strategii terapeutycznych do konkretnego przypadku.

Dzięki takim osiągnięciom, PA staje się nie tylko narzędziem diagnostycznym, ale także niezastąpionym elementem w procesie monitorowania terapii. Warto zwrócić uwagę, że technologia ta, umożliwiająca obrazowanie guza w czasie rzeczywistym, jest w stanie dostarczyć dokładnych danych na temat reakcji guza na leczenie, które tradycyjne metody mogłyby przeoczyć. Obecnie największym wyzwaniem pozostaje jednak wdrożenie tych technologii na szeroką skalę w praktyce klinicznej, co wiąże się z koniecznością dalszego rozwoju sprzętu oraz standardów diagnostycznych.

Jakie są granice rozdzielczości w obrazowaniu fotoakustycznym?

Obrazowanie fotoakustyczne, łączące właściwości światła i ultradźwięków, odgrywa coraz ważniejszą rolę w medycynie, naukach biologicznych i inżynierii materiałowej. Dzięki tej technice możliwe jest uzyskiwanie obrazów o wysokiej rozdzielczości, które pozwalają na obserwację procesów zachodzących w żywych organizmach, takich jak mikroskalowe zmiany w strukturze tkanek czy interakcje molekularne w czasie rzeczywistym. Jednakże, pomimo dynamicznego rozwoju technologii, granice rozdzielczości w fotoakustyce są wciąż przedmiotem intensywnych badań.

Jednym z głównych wyzwań w fotoakustycznym obrazowaniu jest poprawa rozdzielczości przestrzennej. W tradycyjnych metodach ultradźwiękowych, rozdzielczość zależy głównie od częstotliwości używanego sygnału oraz średnicy używanego przetwornika. W przypadku fotoakustyki dodatkowo kluczowym czynnikiem jest długość fali światła, a także sposób, w jaki energia akustyczna jest detektowana i rekonstruowana w postaci obrazu. Współczesne osiągnięcia w zakresie poprawy rozdzielczości w tej dziedzinie obejmują zastosowanie zaawansowanych algorytmów rekonstrukcji obrazu oraz nowoczesnych detektorów akustycznych, takich jak matryce MEMS (mikromechaniczne układy elektromechaniczne), które pozwalają na uzyskanie wyższej czułości i precyzji.

Współczesne badania pokazują, że zastosowanie nowoczesnych źródeł światła, takich jak lasery impulsowe o dużej mocy, znacząco poprawia jakość obrazów uzyskiwanych w głębszych warstwach tkanek. Przykładowo, w eksperymentach z wykorzystaniem nieprzerwanego lasera superkontinuum, który generuje szerokie pasmo długości fal, możliwe jest uzyskanie obrazów o rozdzielczości submikronowej, co wcześniej było nieosiągalne. Kluczową rolę w tym procesie odgrywa również rozwój metod analizy wielozadaniowej, które pozwalają na uzyskiwanie informacji o funkcjonowaniu tkanek w czasie rzeczywistym, takich jak zmiany w stężeniu tlenu czy pH, co ma duże znaczenie w diagnostyce nowotworów.

Jednakże, poprawa rozdzielczości w fotoakustyce nie jest pozbawiona wyzwań. Pomimo wprowadzenia nowoczesnych technologii, takich jak systemy fotoakustyczne opierające się na wykrywaniu w czasie rzeczywistym sygnałów z pojedynczych kropli barwnika, wciąż istnieją ograniczenia związane z dyspersją akustyczną, która wpływa na jakość obrazów w głębszych tkankach. Sygnały akustyczne, które muszą przejść przez różne warstwy ciała, mogą ulegać rozpraszaniu, co skutkuje obniżeniem jakości obrazu. Przełomowe wyniki uzyskano w badaniach nad fotoakustyką w strukturach kości oraz w wykorzystywaniu różnych czujników optycznych, co pozwala na precyzyjne obrazowanie bez konieczności używania kontrastów w formie tradycyjnych barwników.

Znaczną rolę w poprawie rozdzielczości w fotoakustyce odgrywa także rozwój kontrastów molekularnych. Wprowadzenie nowych typów cząsteczek, takich jak nanopartkuły czy specjalistyczne barwniki, umożliwia uzyskanie bardziej precyzyjnych obrazów strukturalnych w obrębie wybranych komórek lub tkanek. Takie rozwiązania pozwalają na uzyskiwanie obrazów umożliwiających szczegółową analizę patologii, takich jak zmiany w strukturze naczyń krwionośnych w chorobach serca czy nowotworach.

Istotnym krokiem w rozwoju tej dziedziny jest także zastosowanie technik tomografii fotoakustycznej, która łączy zdolności obrazowania w różnych zakresach czasowych i przestrzennych. Poprzez wykorzystanie technologii ultradźwiękowych oraz algorytmów tomograficznych, możliwe jest uzyskanie obrazów o wyższej jakości w porównaniu do tradycyjnych metod. To otwiera nowe możliwości w diagnostyce medycznej, zwłaszcza w obszarze wykrywania nowotworów na bardzo wczesnym etapie ich rozwoju, kiedy zmiany w strukturze tkanek są jeszcze minimalne i trudne do uchwycenia tradycyjnymi technikami.

Poza rozdzielczością przestrzenną, ważnym elementem jest także rozdzielczość czasowa. Fotoakustyka pozwala na uzyskiwanie obrazów w czasie rzeczywistym, co ma kluczowe znaczenie w przypadkach wymagających szybkiej diagnozy, jak np. w operacjach chirurgicznych czy w monitorowaniu zmian w czasie rzeczywistym w trakcie leczenia nowotworów. Jednakże, wciąż istnieją wyzwania związane z szybkością przetwarzania danych oraz potrzebą dalszego rozwoju sprzętu, który będzie w stanie uchwycić najszybsze zmiany zachodzące w tkankach.

Poza aspektami technologicznymi, warto również zauważyć, że rozwój fotoakustyki wiąże się z potrzebą dostosowania procedur klinicznych do nowych możliwości, jakie daje ta technika. Obrazowanie fotoakustyczne może wspierać chirurgów w precyzyjnych zabiegach, umożliwiając im nawigowanie w obrębie ciała pacjenta z większą dokładnością. Konieczne jest jednak opracowanie odpowiednich standardów i wytycznych, które pozwolą na bezpieczne i skuteczne stosowanie tych technologii w praktyce klinicznej.

Jakie innowacje w technologii obrazowania fotoakustycznego otwierają nowe perspektywy w medycynie?

Technologia fotoakustyczna (PA) wciąż przeżywa okres dynamicznego rozwoju, oferując obiecujące rozwiązania w dziedzinie obrazowania medycznego. Pozwala ona na łączenie wysokiej rozdzielczości obrazów optycznych z głęboką penetracją ultradźwięków, co czyni ją niezwykle wartościową w diagnostyce chorób, zwłaszcza w kontekście obrazowania tkanek i narządów wewnętrznych. Systemy fotoakustyczne, takie jak mikroskopia fotoakustyczna (PA), cieszą się rosnącą popularnością w obszarze badań nad strukturami biologicznymi, dzięki swojej zdolności do zapewniania informacji na temat zarówno morfologii, jak i funkcji biologicznych w czasie rzeczywistym.

Do najnowszych osiągnięć w tej dziedzinie należy miniaturyzacja układów ultradźwiękowych, które umożliwiają rozwój przenośnych urządzeń do obrazowania fotoakustycznego. Systemy te mogą zostać zintegrowane z urządzeniami endoskopowymi, co pozwala na uzyskanie obrazów o wysokiej rozdzielczości wewnętrznych struktur ciała. Miniaturyzacja sprzętu oraz zastosowanie nowych materiałów piezoelektrycznych, takich jak PVDF (polifluorek winylidenu), umożliwiają znaczne zmniejszenie rozmiarów urządzeń bez utraty ich wydajności. Dzięki temu, rozwiązania te mogą być szerzej stosowane w diagnostyce medycznej, umożliwiając wykonywanie bardziej precyzyjnych i mniej inwazyjnych badań.

Warto także zwrócić uwagę na rozwój akceleratorów fotoakustycznych, które mogą pracować w rzeczywistym czasie, co stanowi istotny krok naprzód w kierunku monitorowania procesów biologicznych w organizmach żywych. Dzięki zastosowaniu układów opartych na macierzach ultradźwiękowych, takich jak te opisane przez Rogera J. Zemp’a czy Lihong Wang’a, możliwe stało się uzyskiwanie obrazów w czasie rzeczywistym z zachowaniem wysokiej jakości. Wykorzystanie dużych układów transduktorów ultradźwiękowych o częstotliwości 30 MHz pozwala na uzyskanie bardzo szczegółowych informacji na temat struktury tkanek i ich reakcji na zmiany ciśnienia, co ma ogromne znaczenie w diagnostyce nowotworów oraz w obserwacji procesów zapalnych.

Nie można zapominać o znaczeniu zastosowań fotoakustycznych w badaniach mikrokrążenia oraz w obrazowaniu mikrostruktur komórkowych. Zastosowanie technologii fotoakustycznej umożliwia uzyskanie informacji na temat lokalizacji i wielkości cząsteczek, które są niewidoczne w tradycyjnych technikach obrazowania. Technologie oparte na fotonach i ultradźwiękach umożliwiają także bezkontaktowe obrazowanie głębokich struktur, co otwiera nowe możliwości w diagnostyce wczesnych stadiów chorób takich jak rak, a także w badaniach nad chorobami serca czy układu nerwowego.

Wśród najnowszych badań nad urządzeniami fotoakustycznymi warto wyróżnić rozwój układów opartych na czujnikach fotonicznych, takich jak pierścieniowe rezonatory optyczne, które pozwalają na detekcję ultradźwięków z wysoką czułością. Układy te mogą być zintegrowane z mikroskopami fotoakustycznymi, oferując znaczną poprawę jakości obrazów oraz dokładności pomiarów. Innowacyjne rozwiązania w zakresie opto-akustycznych mikroskopów pozwalają na wykonywanie trójwymiarowych obrazów narządów i tkanek, co jest szczególnie przydatne w badaniach nad mikrostrukturą mózgu oraz w diagnostyce nowotworów.

Jednym z ciekawych aspektów zastosowania technologii fotoakustycznej jest możliwość monitorowania procesów biologicznych, takich jak metabolizm komórek czy reakcje zapalne, w czasie rzeczywistym. Zastosowanie tego typu metod pozwala na wczesne wykrywanie zmian patologicznych oraz na monitorowanie skuteczności leczenia, co stanowi krok w stronę bardziej precyzyjnej i spersonalizowanej medycyny.

Warto także zauważyć, że zastosowanie fotoakustyki w diagnostyce opiera się na integracji z innymi technologiami, takimi jak tomografia optyczna czy mikroskopia fluorescencyjna. W połączeniu z tymi metodami możliwe staje się uzyskanie bardziej szczegółowych obrazów, co może stanowić istotny element w rozwoju nowych strategii diagnostycznych.

Na koniec warto dodać, że rozwój miniaturyzowanych urządzeń oraz systemów fotoakustycznych stawia przed naukowcami nowe wyzwania związane z integracją różnych technologii. Rozwój nowych materiałów, takich jak nanostruktury fotonowe oraz układy optoelektroniczne, będzie miał kluczowe znaczenie w dalszym rozwoju tej dziedziny. Z kolei doskonalenie algorytmów do przetwarzania danych oraz optymalizacja układów do obrazowania w czasie rzeczywistym pozwolą na uzyskanie jeszcze bardziej zaawansowanych i dokładnych obrazów, które zrewolucjonizują diagnostykę medyczną.

Jak optymalizacja materiałów kompozytowych wpływa na wydajność generatorów ultradźwięków opartych na optoakustycznym przetwarzaniu energii?

Zastosowanie materiałów kompozytowych w generatorach ultradźwiękowych opartych na optoakustycznym przetwarzaniu energii (OpUS) to jedno z najnowszych osiągnięć w technologii przetwarzania ultradźwięków. Współczesne badania nad kompozytami stosowanymi w tej dziedzinie koncentrują się na optymalizacji ich właściwości zarówno optycznych, jak i termicznych, w celu maksymalizacji efektywności generowania ultradźwięków. Kluczową kwestią jest opracowanie kompozytów, które zapewniają nie tylko wysoką absorpcję światła, ale także skuteczne przekazywanie ciepła do sąsiednich warstw materiału, co zwiększa efektywność generowania ultradźwięków.

Jednym z nowatorskich podejść zaproponowanych przez Lee i współpracowników w 2017 roku jest kompozyt w formie „kanapki”, składający się z warstw PDMS/Cr/PDMS/Al, który charakteryzuje się wyjątkową efektywnością w generowaniu ultradźwięków. Warstwa chromu (Cr), o grubości 10 nm, pełni funkcję medium generującego ultradźwięki, przekazując wygenerowane ciepło do sąsiednich warstw PDMS. Jednakże warstwa aluminium (Al) w tym kompozycie, mimo swojej małej grubości, wykazuje niewielki współczynnik absorpcji światła. Z tego powodu, warstwa Cr działa jako lustro optyczne, odbijając niezaabsorbowane promieniowanie optyczne z powrotem w kierunku warstwy Al, co zwiększa ogólną absorpcję światła przez kompozyt. Celem Lee et al. było nie tylko maksymalizowanie absorpcji światła, ale także efektywności przekazywania ciepła do materiału, co znacząco poprawiło wydajność generatorów ultradźwiękowych.

Wyniki eksperymentów pokazują, że przy fluencji lasera wynoszącej 2,35 mJ/cm² uzyskano ciśnienia ultradźwiękowe przekraczające 1,82 MPa. Dzięki zastosowanej konstrukcji kompozytu, straty ciepła były zminimalizowane, a ponad 70% energii optycznej zostało przekazane z warstwy aluminium do sąsiednich warstw PDMS. Dodatkowo, badania wykazały, że stosowanie PDMS, zamiast innych materiałów, takich jak parylen, zapewnia lepsze właściwości optyczne, prostsze przetwarzanie i biologiczną obojętność – co jest szczególnie istotne w zastosowaniach klinicznych, takich jak obrazowanie ultradźwiękowe w czasie rzeczywistym.

Pomimo zastosowania takiej innowacyjnej konstrukcji „kanapki”, kompozyty mogą być wytwarzane również na trzy różne sposoby: od dołu do góry (bottom-up), od góry do dołu (top-down) oraz w procesie „all-in-one”. W metodzie bottom-up, warstwa nanocząsteczek jest nakładana na podłoże, a następnie pokrywana elastomerem. W metodzie top-down proces zachodzi odwrotnie – najpierw nakłada się elastomer, a następnie nanocząsteczki są wprowadzane do materiału za pomocą metod pęcznienia. Metoda „all-in-one” polega na bezpośrednim zmieszaniu elastomeru z nanocząstkami, co pozwala na stworzenie jednorodnej powłoki.

W wyniku zastosowania tych metod, nowe materiały do generacji OpUS, takie jak kompozyty z nanoparticlem metali lub absorberami węglowymi, zastępują tradycyjne cienkowarstwowe filmy metaliczne. Te nowe kompozyty umożliwiają dalszą optymalizację właściwości optycznych i termicznych, np. poprzez dostosowywanie wielkości lub kształtu nanocząsteczek. Poprzez kontrolowanie tych parametrów, można uzyskać wyższą efektywność przetwarzania energii optycznej na energię akustyczną, a także dostosować parametry generowanych fal ultradźwiękowych, takie jak częstotliwość i szerokość pasma.

Równocześnie, nie metaliczne kompozyty oparte na węglu, takie jak kompozyt z czarnym węglem (CB) i PDMS, wykazały obiecujące wyniki. Cząsteczki czarnego węgla, o nano-wielkości, pozwalają na większe nagrzewanie materiału, co prowadzi do lepszej konwersji energii optycznej na ultradźwiękową. Kompozyty takie, jak te opracowane przez Bumę i współpracowników, wykazały wyższą wydajność wytwarzania ultradźwięków przy wyższych częstotliwościach (>20 MHz), które są istotne dla zastosowań w medycynie, zwłaszcza w obrazowaniu interwencyjnym.

Choć wstępne badania wskazują na wyższą efektywność tych materiałów w zakresie generowania ultradźwięków o wysokich częstotliwościach, niektóre wyzwania pozostają, zwłaszcza w odniesieniu do tłumienia fal ultradźwiękowych w materiałach kompozytowych. Zmniejszenie grubości warstwy kompozytu może pomóc w zmniejszeniu tłumienia i poprawie pasma ultradźwiękowego, co prowadzi do lepszej jakości obrazów ultradźwiękowych. Ostatecznie, sukces takich materiałów będzie zależał od dalszej optymalizacji ich właściwości oraz zastosowania ich w odpowiednich technologiach medycznych.

Jakie zasady projektowania robotów zapewniają ich wydajność i skuteczność?
Jak efektywnie wykrywać obiekty w chmurach punktów: metody pipeline i end-to-end
Jak działa i do czego służy usługa SQL Data Sync w Azure?