Ondes sonores à haute fréquence: de nouvelles applications médicales et en science des matériaux

Voilà maintenant une dizaine d’années que l’équipe du professeur Leslie Yeo étudie les interactions entre les matériaux, les cellules et les ondes sonores de plus de 10 MHz. Pendant toutes ces années, ils ont observé des phénomènes étranges : ils commencent tout juste à les comprendre.

Aller plus loin que la sonochimie classique

La propagation d’ultrasons (10 kHz à 3 MHz) dans un milieu liquide provoque l’implosion de bulles d’air appelées bulles de cavitation. De ce phénomène de cavitation localisé, il résulte une brusque montée de la température et de la pression. La sonochimie consiste à exploiter cette énergie pour induire des réactions chimiques.

Que se passe-t-il au-delà de cette gamme de fréquences ? La transmission d’ondes à haute fréquence dans divers matériaux et même des cellules vivantes a des effets pour le moins étranges.

« Nous avons vu des molécules qui semblent s’orienter dans le cristal selon la direction des ondes sonores » affirme Leslie Yeo dans un communiqué de presse.

Des applications biomédicales

Contrairement à la cavitation, les ondes sonores à haute fréquence ne détruisent pas les molécules et les cellules, ce qui les rend compatibles avec les applications biomédicales. Voici quelques-unes des possibilités répertoriées par les chercheurs :

• administration de médicaments et de vaccins par inhalation, grâce à un nébulisateur spécialement développé ;
• encapsulation de molécules dans des nanoparticules polymères ;
• incorporation de molécules thérapeutiques dans des cellules.

Le nébulisateur ultrasonique à haute fréquence dont il est question ici est un dispositif breveté appelé « Respite ». En plus d’être économique, léger et portable, cet appareil est capable d’administrer de grosses molécules comme de l’ADN ou des anticorps.

La synthèse de matériaux par ultrasons HF

Les applications médicales ne sont qu’un exemple des possibilités offertes. L’équipe du professeur Yeo s’intéresse également à la synthèse de réseaux organométalliques (MOF), des matériaux de nouvelle génération qui ont une surface de contact interne gigantesque, ce qui les rend très utiles pour la purification de l’eau, de l’air ou le stockage de l’énergie.

Avec les procédés actuels, la synthèse des MOF demande des heures, voire des jours, requiert l’utilisation de solvants agressifs et consomme beaucoup d’énergie. Comme expliqué dans la publication du 23 novembre 2020 pour le journal Advanced Science, l’équipe de chercheurs a développé une méthode propre, permettant la synthèse de MOF en quelques minutes.

Pour les chercheurs, la prochaine étape concerne le passage à l’échelle industrielle. Avec un coût avoisinant les 0,70 USD par unité, les puces électroniques permettant de générer les ondes acoustiques à haute fréquence peuvent être fabriquées en masse en utilisant les procédés conventionnels de la microélectronique.