Tänk om alla barndomsvacciner skulle kunna levereras med en inhalator snarare än skott; eller att torka bort tuberkulosbakterier i en patients lungor med en inhalator; eller desinficera ett sjukhusrum noggrant med en diffusor.

Det är målen för en forskargrupp ledd av professor James Friend vid avdelningen för mekanisk och rymdteknik vid University of California San Diego. Deras ansträngningar förstärktes nyligen när Friend fick en prestigefylld $900, 000 forskningsanslag från Keck Foundation, vars uppdrag är att stödja banbrytande upptäckter inom vetenskapen, teknisk och medicinsk forskning.

"Vårt mål är att göra injicerbara behandlingar inhalerbara, "Vän sa. "Detta skulle låsa upp en hel klass av nya behandlingar."

Till exempel, i en klinisk miljö, kraftfulla desinfektionsmedel skulle kunna levereras via diffusorer i sjukhusrum för att eliminera skadliga bakterier. En helt ny klass av läkemedel skulle kunna levereras till patienter via inhalatorer. Till sist, en hel rad nya material skulle kunna användas för 3D-utskrift.

För närvarande, vätskor kan nebuliseras på många olika sätt, till exempel på mekanisk väg som i parfym- och cologne-sprutor, eller genom att använda ultraljud. Men alla dessa metoder fungerar antingen inte bra med mycket trögflytande vätskor som olja eller honung, eller så kräver de för mycket kraft, eller bryta ner några av vätskornas aktiva ingredienser. De kräver också dyr utrustning.

Metoden som utvecklats av Friend och kollegor använder enheter som finns i smarta telefoner som producerar akustiska vågor. I telefonerna, dessa enheter används huvudsakligen för att filtrera den trådlösa cellulära signalen och identifiera och filtrera röst- och datainformation.

I labbet, Friend och hans team använde enheterna för att generera ljudvågor vid extremt höga frekvenser – från 100 miljoner till 10 miljarder Hertz – för att skapa flytande kapillärvågor, som i sin tur avger droppar, genererar dimma. Denna process kallas atomisering. Forskarnas genombrott bygger på förmågan att finfördela vätskor som tidigare ansetts vara för trögflytande för processen.

Den nya metoden har löftet om att dramatiskt sänka kostnaderna för att utveckla inhalationsläkemedel genom att använda smarta telefonkomponenter som är billiga. För närvarande, kostnaden för att utveckla inhalationsläkemedel är 300 miljoner dollar under en period på tre år.

Forskare testade framgångsrikt atomiseringsmetoden på ett kraftfullt desinfektionsmedel, trietylenglykol, eller TEG, som aldrig hade finfördelats förut på egen hand (det är vanligtvis löst i vatten).

Ingen tidigare hade observerat hur vätskor betedde sig när de utsattes för så höga ljudfrekvenser. Forskare ledda av Friend upptäckte att ekvationerna som användes för att förutsäga våggenerering i vätskor inte fungerade för deras experiment – ​​faktiskt, de är av med flera storleksordningar. En del av den matematiken går tillbaka mer än 150 år, till experiment av den brittiske fysikern och kemisten Michael Faraday.

Keck-anslaget kommer att göra det möjligt för forskare att skaffa sig den senaste tekniken och den arbetskraft de behöver för att ta reda på rätt matematik för att beskriva och förutsäga atomisering vid så höga frekvenser. Detta kommer i sin tur att göra det möjligt för forskare att tillämpa sin nya metod på ett bredare utbud av material, låsa upp nya applikationer.