Bellen

Belletjes kennen we van de champagne: vrolijk naar boven zwevend koolzuurgas. Maar bellen zijn niet alleen maar feestelijk, ze hebben ook een destructieve kant. Scheepsschroeven raken behoorlijk beschadigd door belletjes en de agressieve pistoolgarnaal gebruikt ze om zijn prooien en vijanden dood te schieten. Hetzelfde geweld kan gebruikt worden om medicijnen op de juist plek te krijgen. Reden voor De Kennis van Nu Podcast voor een goed gesprek met bellenexpert Michel Versluis.

De beschadigde scheepsschroef en het geweld van de pistoolgarnaal hebben alles met het verschijnsel cavitatie te maken. Door de hoge snelheid waarmee de scheepsschroef door het water maalt en de schaar van de pistoolgarnaal dichtklapt, wordt de dampdruk van het water lager. Hierdoor ontstaan kortstondig belletjes waterdamp die vervolgens met grote kracht imploderen. Deze implosie creëert een schokgolf en een flinke herrie. De pistoolgarnaal maakt een geluid van tot wel 218 decibel. Dat is meer dan dat van een pistoolschot. Het geluid van de imploderende cavitatiebelletjes van scheepsschroeven gebruiken onderzeeërs om hun vijanden op te sporen.

Hoe de pistoolgarnaal schiet

Imploderen

Michel Versluis, hoogleraar fysische en medische akoestiek aan de Universiteit Twente, is gespecialiseerd in bellen en druppels. ‘Het is mijn grote hobby,’ verklaart hij erover in de podcast van De Kennis van Nu. Voor zijn onderzoek gebruikt hij camera’s die een miljoen frames per seconde maken. Vijftien jaar geleden ontdekte Versluis hiermee hoe de pistoolgarnaal bellen maakt. Het was zijn entree in de wereld van de bellen en druppels. Inmiddels onderzoekt hij onder meer de druppels die uit de printer komen, hoe je met bellen en ultrageluid de doorbloeding van organen in beeld kunt brengen en er wortelkanalen van kiezen mee kunt schoonmaken.

Misschien wel het meest indrukwekkende onderzoek van Versluis richt zich op het afleveren van medicijnen op precieze plekken in het lichaam. Ook dat maakt gebruik van cavitatie. ‘We kunnen die belletjes met behulp van ultrageluid dat we van buiten het lichaam aanbrengen opblazen of laten imploderen.’ legt Versluis uit. ‘Dat kan precies op de plek waar we dat willen. We kunnen ook allerlei plakkertjes aan die belletjes maken, zodat ze aan specifieke cellen plakken.’

De waterdruppels van Dr. Versluis

Bloed-hersenbarrière doorbreken

Met deze techniek kunnen medici belletjes injecteren die vast blijven plakken aan bijvoorbeeld tromboseproppen, ontstoken vaatwanden of aan een circulerende tumorcel. Vervolgens kan met ultrageluid het aangedane stukje lichaam in 3D in kaart gebracht worden. Verhoog je de intensiteit van het geluid, dan kun je de belletjes laten imploderen. Dit kun je gebruiken om dingen te slopen en gaatjes te prikken in vaatwanden, maar ook om medicijnen vrij te laten die je aan de belletjes kunt plakken.

De techniek is nog volop in ontwikkeling, maar de eerste tests met patiënten hebben al plaatsgevonden. Vorig jaar wisten Canadese artsen voor het eerst met imploderende cavitatiebelletjes de bloed-hersenbarrière te doorbreken. Om virussen en bacteriën buiten te houden, zijn bloedvaten in het brein weinig doorlatend. Dat maakt het ook moeilijker om medicijnen naar binnen te krijgen. De Canadezen prikten een gat in de barrière bij een patiënt met een hersentumor om gericht chemotherapie toe te passen.

De shampoo van prof. Versluis

De meeste mensen weten dit niet, maar shampoo kan springen. Dat wordt door wetenschappers omschreven als het Kaye effect, dat jarenlang niet verklaard kon worden. Michel Versluis en zijn collega's aan de Technische Universiteit Twente, onderzochten dit met hulp van de snelste camera ter wereld, de Brandaris. Je kijkt nooit meer hetzelfde naar je shampoofles.

Beeld: Michel Versluis/ TU Twente

Klik hier voor meer beelden en een wetenschappelijke verklaring van het Kaye effect. 

Beluister hier de podcast, waarin Michiel Versluis meer vertelt over de wetenschap achter bellen en druppels:

De wetenschap achter bellen en druppels

De wetenschap achter bellen en druppels

Waar komen de belletjes in een glas champagne vandaan? En hoe komt het dat er een kleine letter ‘i’ ontstaat als een druppel in het water valt? Bij Michel Versluis, hoogleraar fysische en medische akoestiek aan de Universiteit Twente, is fascinatie voor druppels en bellen uitgegroeid tot een levenswerk. 

Ontdek meer in de special