Исследование связи эрозионной активности кавитации и интенсивности кавитационного шума

Исследование эрозионной активности кавитации представляет значительный интерес для уточнения механизма воздействия кавитации на биологические ткани и клетки. В работе предложена усовершенствованная методика оценки эрозионной активности акустической кавитации. Приводятся результаты апробации данной методики применительно к задаче исследования распределения эрозионной активности в кавитационной области, генерируемой излучателем со стержневым волноводом. Эксперименты проводились с использованием погружного излучателя с резонансной частотой 32 кГц. Установлено, что при диаметре излучателя меньше или порядка длины волны в используемой жидкости эрозионная активность быстро уменьшается по мере удаления от излучателя и зависит от расстояния до излучателя L как 1/L3 . Показано, что имеет место корреляция эрозионной активности кавитации и показаний кавитометра, выходным сигналом которого является интегральная интенсивность высокочастотной составляющей кавитационного шума в диапазоне частот до 10 МГц. Для регистрации кавитационного шума использовались пьезоэлектрические датчики. В частности, в жидкостях, характеризующихся более высоким уровнем эрозионной активности, выходной сигнал кавитометра также выше. Показания кавитометра при этом изменяются в зависимости от расстояния до излучателя как 1/L. Исходя из полученных данных, предложен метод оценки эрозионной активности кавитации по величине интенсивности кавитационного шума в кубе. Показано, что этот параметр линейно связан с результатами измерений эрозионной активности кавитации. Полученные результаты будут использоваться при разработке специализированного кавитометра, предназначенного для оценки активности кавитации в ходе исследований воздействия ультразвука на клетки in vitro.

активность кавитации, эрозионные тесты, кавитометр, ультразвуковая кавитация

1. Голямина И.П. Ультразвук: маленькая энциклопедия. Москва: Советская энциклопедия; 1979.

2. Новицкий Б.Г. Применение акустических колебаний в химико-технологических процессах. Москва: Химия; 1983.

3. Абрамов В.О., Приходько М.В. Мощный ультразвук в металлургии и машиностроении. Москва: Русавиа; 2006.

4. Бэйли М.Р., Хохлова В.А., Сапожников О.А., Каргл С.Т., Крам Л.Л. Физический механизм терапевтического эффекта ультразвука (Обзор). Акустический журнал. 2003;4:437.

5. Николаев А.Л., Гопин А.В., Божевольнов В.Е., Трещалина Е.М., Андронова Н.В., Мелихов И.В. Применение твердофазных неоднородностей для повышения эффективности ультразвуковой терапии онкологических заболеваний. Акустический журнал. 2009;55(4–5):565-574.

6. Trendowski M. Using the Promise of Sonodynamic Therapy in the Clinical Setting against Disseminated.Chemother. Res. Pract. 2015:1-16.

7. Canavese G, Ancona A., Racca L, Canta M., Dumontel B., Barbaresco F, Limongi L., Cauda V. Ultrasound using nanoparticles: special attention to sonodynamic therapy against cancer. Chemical Engineering Journal. 2018;340:155-172.

8. Beguin E., Shrivastava S., Dezhkunov N. Direct evidence of multi-bubble sonoluminescence using therapeutic ultrasound and microbubbles. ACS Applied Materials and Interfaces. 2019;11(12):19913-19919.

9. Lopez-Marin LM, Rivera AL, Fernandez F, Loske AM. Shock wave-induced permeabilization of mammalian cells. Phys Life Rev. 2018;26/27:1-38.

10. Сиротюк М. Г. Акустическая кавитация. Москва: Наука; 2008.