通过空化气泡实现强附着力

加拿大研究人员发现，他们可以使用超声波有效地将水凝胶膏药粘在皮肤上。苏黎世联邦理工学院教授Outi Supponen现在解释了潜在的机制：石膏和皮肤之间的粘合剂内爆气泡一个接一个地锚定。

如今，水凝胶膏药通常用于伤口护理和将可穿戴电子设备连接到皮肤上。但是这些膏药不会特别强烈地粘附在皮肤上，尤其是在皮肤潮湿的情况下。

由麦吉尔大学的李健宇领导的一组加拿大研究人员现在发现，这些膏药可以使用超声波非常牢固和持久地附着在皮肤上。更重要的是，通过改变超声波的强度，研究人员可以精确控制水凝胶膏药粘附在皮肤和其他组织的牢固程度。

在猪皮测试中，使用超声波贴的石膏的粘合力比不使用超声波的石膏强100倍。研究人员在将膏药涂抹在活鼠的皮肤上时，还实现了十倍的结合。

但是，究竟为什么超声波有助于实现如此牢固的键对加拿大研究人员来说是一个谜 - 苏黎世联邦理工学院多相流体动力学教授Outi Supponen和她的博士后研究员Claire Bourquard现在已经部分解决了这个谜团。这两个研究小组进行的研究最近发表在《科学》杂志上。

气蚀使石膏附着力更好

凝胶膏剂粘附性非常好，因为应用超声波会在水凝胶底部的粘合剂内产生特殊的气泡，称为空化气泡。超声波的强度越大，气泡的数量和大小就越大。然后，这些气泡立即内爆，导致每个气泡在几毫秒内变成一个微型喷气机，射向皮肤表面，在那里它们像手提钻一样将粘合剂的分子成分撞入表皮。这就是石膏牢固附着的方式。“这种强粘合背后的原理是空化 - 一个纯粹的机械过程，”Supponen说。

科学家所说的空化是指液体中充满蒸汽的气泡的形成和坍塌。当气泡内爆时，它们会释放出大量的能量。例如，气蚀发生在液体中移动非常快的物体周围，例如船舶的螺旋桨或水力发电厂的涡轮机。由于气泡坍缩时释放的能量会严重损坏这些物体，因此在这些应用中应尽可能避免气蚀。

“如果我们能学会如何以受控的方式应用空化能量，我们就可以利用它来发挥我们的优势，”Supponen说。她补充说，对大鼠的测试表明，使用超声波粘贴水凝胶膏药是无害的。“粘合剂中超声波引起的空化根本没有损坏动物的皮肤。

超声波“粘合技术”的可能应用包括通过皮肤注射疫苗、癌症药物或胰岛素的膏药。