Одной из задач современной медицины является создание идеальной системы целевой доставки лекарственных препаратов к месту, где они необходимы больше всего. Первым об этой проблеме задумался немецкий врач Пол Эрлих (Paul Ehrlich), который в начале 20-го века выдвинул идею сосредоточенной доставки малой дозы лекарственного препарата, которая работает быстрее и точнее медленного распространения препаратов через систему кровообращения, снижая количество вредных побочных эффектов. И недавно исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего придумали новый способ доставки лекарственных препаратов к месту назначения при помощи стрельбы из крошечных орудий.

Эти микроскопические пушки, разработанные наноинженерами Джозефом Ваном (Joseph Wang) и Сэдиком Езенером (Sadik Esener), не используют ни пороха, ни других химических источников энергии. Для стрельбы крошечными снарядами, проникающими в глубину больных тканей, они используют энергию ультразвука. Применение ультразвука в данном случае обосновано тем, что его воздействие не наносит никаких повреждений организму пациента. Ультразвуковые волны могут быть сфокусированы лишь в малой области пространства в непосредственной близости от цели, к примеру, злокачественной опухоли. Воздействие ультразвука не только заставляет крошечный пушки «выстрелить» заключенными в них «ядрами», ультразвук также создает ударные волны, разгоняющие частички препарата, что позволяет им проникать глубже в больные ткани.

Первой задачей, которую решили ученые, стало создание микроорудия, что является весьма сложным делом, с учетом того, что размер ствола этого орудия равен всего 5 микронам, что соответствует толщине волокна натурального шелка. Это удалось сделать, ударяя в поверхность мембраны специальным устройством-пробойником, в результате чего в ней образовались отверстия. Затем над поверхностью этой мембраны были распылены частички окиси графена, и все это было покрыто тонким слоем золота.

Вторым сложным этапом стала «загрузка» стволов микрорудий 1-микронными частичками лекарственного препарата, размеры которых сопоставимы с размерами средних вирусов. Лекарственный препарат был облачен в кремниевую оболочку, которая, в свою очередь, была окутана слоем гелеобразного вещества. В состав этого геля включено соединение PFC (perfluorocarbon), которое и выполняет роль пороха в этом микроорудии. Под воздействием импульса ультразвука PFC испаряется, формируя пузырьки, расширяющиеся с большой скоростью. И эти пузырьки выталкивают снаряды из ствола микроорудия.

Испытания работы микроорудий были произведены на искусственно выращенных тканях. Эксперименты показали, что микроснаряды, подгоняемые ультразвуком, проникают в ткань глубже, чем это было рассчитано с использованием математической модели процесса. В будущем Ван и Езенер собираются продолжить дальнейшую разработку их технологии, которая будет способна доставлять к месту назначения различные лекарственные препараты и стрелять только снарядами определенного типа под воздействием ультразвука определенной частоты.