Física de las ondas elásticas en medios materiales. Aplicaciones

Física de las ondas elásticas en medios materiales. Aplicaciones: Física de Materiales,
Medicina Clínica y de Terapia, Biología,Tecnología de Alimentos, Prospección submarina
Laboratorio de Acústica Ultrasonora
Responsable: Carlos Alther Negreira Casares.
Servicio: Facultad de Ciencias.
Resumen publicable de los avances obtenidos a diciembre de 2012
El tema de investigación del grupo es el estudio de la propagación e interacción de ondas elásticas
y acústicas
con diferentes materiales (solidos blandos, cerámicos, muestras biológicas,
compuestos, metamateriales); prestando particular atención en estos materiales a las siguientes
propiedades: elasticidad, viscosidad, scattering,
anisotropías estructurales, dislocaciones,
dispersión, heterogeneidad, no linealidad entre otras. El trabajo de investigación que se realiza
mantiene un equilibrio entre física aplicada y física de carácter más fundamental, las sinergias que
nacen continuamente entre ellas lo permiten. Se enuncian a continuación algunas de las líneas de
trabajo:
-Estudio de las propiedades elásticas y viscosas de solidos blandos.
El estudio teórico de la propagación de ondas elásticas de corte baja frecuencia en medios solidos
blandos viscoelasticos permite el desarrollo de nuevos métodos para la evaluación de las
propiedades en dichos medios, varios de estos métodos creados por nuestro grupo: elastografía
impulsional 1D, elastografía por inversión temporal y elastografía pasiva.
Estos métodos se utilizan para caracterizar tejidos biológicos (arterias, corazón, hígado, piel, etc),
sólidos blandos y agroalimentos. En particular se estudia:
a) dinámica del sistema cardiovascular a partir de la evaluación de propiedades visco-elásticas
de las paredes arteriales y del corazón
b) variación de la elasticidad y viscosidad en los tejidos biológicos sometidos a gradientes de
temperatura para aplicaciones en cirugías acústicas
c) anisotropía elástica en función de la orientación de las fibras musculares
d) procesos de fabricación de quesos: tiempos de corte en la coagulación, textura elástica en la
maduración
e) evaluación no destructiva de la terneza de carne bovina
f) elastografía por ondas de superficie con interacción elasto-óptica
-Estudio del proceso físico de inversión temporal (IT) de ondas elásticas y acústicas
El estudio de las propiedades físicas de la IT de ondas en medios complejos permite esclarecer
ciertos aspectos físicos fundamentales de estos procesos y aplicar estos resultados en:
a) generación de alta potencia acústica por IT en guías de onda
b) propiedades de la focalización espacio–temporal acústica por IT en cavidades “caóticas” ,
aplicación a una imaginería en diagnóstico clínico 3D verdadera
c) medida de elasticidad y viscosidad de órganos internos del cuerpo (cavidades solidas
blandas) utilizando excitación externa o ruidos fisiológicos: elastografía por IT y
elastografía pasiva por IT y correlación de ruido, elastografía con filtro inverso
(espectroscipia)
-Propiedades elásticas de muestras celulares por microscopía de fuerza atómica (AFM)
En colaboración con investigadores del Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable
(IIBCE) se estudian las propiedades elásticas de células de diferente naturaleza utilizando el
Microscopio de Fuerza Atómica del IIBCE:
a) estudio de la mielinización y desmielinización de nervios ciáticos usando ratones J trembler,
determinando en las células eucariotas: rigidez y elasticidad
b) estimación del módulo de Young en cardiomiocitos de ratones diabéticos, comparando
células sanas con enfermas
-Propiedades estructurales y microestructurales en dislocacionees cristalinas de materiales.
Se estudian diferentes propiedades de sólidos en estado cristalino o policristalino, en un intervalo de
temperaturas de 40 K a 300 K, midiendo la velocidad y la atenuación de ondas ultrasónicas:
a) estudio de la estructura de nano-kinks en dislocaciones y su interacción con impurezas
difundidas en la red cristalina, analizando la sinergia del hidrógeno en la red cristalina del
cobre
b) estudio de transiciones de fase en cerámicas ferroeléctricas, en particular se estudia la
familia ferroeléctrica (Pb1-xCaxTiO3), para x = 0.475, 0.50 y 0.55.(26)
c) estudio de la elasticidad en biomateriales de aleaciones de titanio como Ti–35Nb–7Zr–5Ta
d) estudio de las propiedades ultrasónicas de los Manganatos de Estroncio y Lantano y de
Calcio y Lantano, que presentan magnetorresistencia colosal
-Propiedades de multidifusión (scattering) acústica en materiales
A partir del análisis de las propiedades de scattering de ondas ultrasónicas en medios complejos,
como ser libre recorrido medio y de transporte y parámetros de difusión se realizan diferentes
estudios:
a) campo de temperaturas en un medio con múltiple scattering (tejidos biológicos blandos)
b) absorción local de la energía acústica en los tejidos durante procesos de ablación térmica
(cirugía acústica - HIFU)
c) clasificación de fondos marinos a partir de las señales ultrasónicas de scattering