พลาสติกคอมพาวด์ชนิดใหมช่วยเพิ่มขีดจำกัดการใช้งานด้านการแพทย์

New compound raises the bar for medical plastics

ทีมวิจัยนานาชาติได้พัฒนาพลาสติกพอลิไพรอลคอมพาวด์ที่สามารถแปลงคลื่นอัลตราซาวนด์ให้เป็นสัญญาณแสงที่ทำให้เกิดภาพได้ โดยงานวิจัยนี้ได้ศึกษาพลาสติกพอลิไพรอลที่สามารถนำไฟฟ้าได้ผสมกับอนุภาคทองคำขนาดนาโนเมตร โดยทั่วไปมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ถึง 15 นาโนเมตรสัญญาณแสงจะถูกส่งผ่านพลาสติกและมีปฏิกิริยากับคลื่นอัลตราซาวด์ที่ส่งเข้ามาและทะลุผ่านออกไป เครื่องแปลงความถี่ชนิดพิเศษจะอ่านสัญญาณที่ได้และแปลงเป็นภาพ งานวิจัยนี้เป็นการร่วมมือระหว่างภาควิชาวิศวกรรมการแพทย์ชีวภาพของ Texas A&M University และ Queen's University of Belfast และ University of Massachusetts Lowell การค้นพบนี้จะถูกตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Materials ฉบับล่าสุด
ศาสตราจารย์ VladislavYakovlev ของ Texas A&M University กล่าวว่า “แบนวิดธ์ (Bandwidth) ที่สูงจะช่วยให้ระยะที่เปลี่ยนแปลงของคลื่นเสียงในตัวอย่างมีความแม่นยำสูงทำให้การแปลงเป็นภาพมีรายละเอียดที่ชัดเจน และการตอบสนองที่ไวขึ้นทำให้สามารถมองเห็นได้ลึกลงไปถึงเนื้อเยื่อ ศักยภาพในการสร้างภาพนี้ไม่สามารถใช้ได้กับเทคโนโลยีอัลตราซาวด์แบบดั้งเดิม”
เทคโนโลยีอัลตราซาวด์แบบเดิมจะสร้างภาพจากการแปลงคลื่นอัลตราซาวด์เป็นสัญญาณไฟฟ้า และถูกจำกัดในด้านของแบนด์วิดธ์และการตอบสนองที่มีขีดจำกัดยังไม่สามารถสร้างภาพที่มีคุณภาพสูงได้ อัลตราซาวด์เป็นที่รู้จักกันดีในการดูขนาดของทารกในครรภ์และยังใช้เพื่อการวินิจฉัยความผิดปกติทั่วๆไป
ในตอนนี้งานวิจัยดังกล่าวนี้ยังคงเป็นเพียงแค่การทดลองในห้องปฏิบัติการและยังไม่พร้อมที่จะใช้จริงในงานทางการแพทย์
ศาสตราจารย์ Vladislav กล่าวเพิ่มเติมว่า “วัสดุที่เราพัฒนาขึ้นนี้สามารถประมวลผลสัญญาณแสงของคลื่นอัลตราซาวด์ได้ เนื่องจากเป็นวัสดุที่สังเคราะห์ได้ในห้องปฏิบัติการจึงสามารถออกแบบให้มีคุณสมบัติตามที่ต้องการได้ โดยพัฒนาให้มีการตอบสนองที่ว่องไวมากและมีช่วงแบนด์วิดธ์ที่กว้างขึ้น สามารถใช้ได้ในช่วง 0-150 MHz และยังคงมีความว่องไวในช่วงความถี่นี้ ในขณะที่เทคโนโลยีในปัจจุบันความว่องไวจะลดลงอย่างมากที่ช่วงแบนด์วิดธ์50 MHz”
หมายเหตุ: แบนด์วิชท์ (Bandwidth) หมายถึง ความกว้างของแถบคลื่นความถี่ หรือความแตกต่างระหว่างความถี่สูงสุดและต่ำสุดของสัญญาณ มีหน่วยวัดเป็นเฮิรตซ์ (Hertz หรือรอบต่อวินาที)

A polypyrolle compound developed by an international research team converts ultrasound waves into optical signals that can be used to produce an image.

In the research study, polypyrolle, a conductive plastic, was compounded with gold nanorods, which generally are available in diameters from 10-50 nm. An optical signal transmitted into the plastics compound interacts with inbound ultrasound waves and then passes through. A specialized transducer reads the signal and converts it into an image.

"A high bandwidth allows you to sample the change of distance of the acoustic waves with a high precision," says Vladislav Yakovlev, a professor at Texas A&M University. "This translates into an image that shows greater detail. Greater sensitivity enables you to see deeper in tissue, suggesting we have the potential to generate images that might have previously not been possible with conventional ultrasound technology."

The research was a collaboration between Texas A&M University's Department of Biomedical Engineering, The Queen's University of Belfast, and the University of Massachusetts Lowell. Their findings are published in the current issue of Advanced Materials.

In conventional ultrasound technology, images are generated by converting ultrasound waves into electrical signals and is constrained by bandwidth and sensitivity limitations, according to Yakovlev. As a result, high-quality images have not been available. Ultrasound is well known as looking at fetuses and is also used for diagnostic purposes in trauma inncidents and even as a means of breaking up tissue and accelerating the effects of drugs therapies.

At this point, the research is just a demonstration, and is not yet ready to be integrated into medical imaging programs.

"We developed a material that would enable optical signal processing of ultrasound," Yakovlev says. "Nothing like this material exists in nature so we engineered a material that would provide the properties we needed. It has greater sensitivity and broader bandwidth. We can go from 0-150 MHz without sacrificing the sensitivity. Current technology typically experiences a substantial decline in sensitivity around 50 MHz."