Shell-stabilized gas nanobubbles have recently captured the interest of the research community for their potential application as ultrasound contrast agents for molecular imaging and therapy of cancer. However, the very existence of submicron gas bubbles (especially uncoated bubbles) has been a subject of controversy in part due to their predicted Laplace overpressure reaching several atmospheres, making them supposedly thermodynamically unstable. In addition, the backscatter resulting from ultrasound interactions with nanoparticles is not predicted to be readily detectable at clinically relevant frequencies. Despite this, a number of recent reports have successfully investigated the presence and applications of nanobubbles for ultrasound imaging. The mechanism behind these observations remains unclear but is thought to be, in part, influenced heavily by the biophysical properties of the bubble-stabilizing shell. In this study, we investigated the effects of incorporating the triblock copolymer surfactant, Pluronic, into the lipid monolayer of nanobubbles. The impact of shell composition on membrane equilibrium surface tension was investigated using optical tensiometry, using both pendant drop and rising drop principles. However, these techniques proved to be insufficient in explaining the observed behavior and stability of nanobubbles under ultrasound. Additionally, we sought to investigate changes in membrane surface tension (surface pressure) at different degrees of compression (analogous to the bubble oscillations in the ultrasound field) via Langmuir–Blodgett experiments. Results from this study show a significant decrease (p < 0.0001) in the nanobubble equilibrium surface tension through the incorporation of Pluronic L10, especially at a ratio of 0.2, where this value decreased by 28%. However, this reduction in surface pressure was seen only for specific compositions and varied with monolayer structure (crystalline phase or liquid-crystalline packing). These results indicate a potential for optimization wherein surface pressure can be maximized for both contraction and expansion phases with the proper lipid to Pluronic balance and microstructure.

中文翻译：

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表面张力在超声下气体纳米泡稳定性中的作用

壳稳定的气体纳米气泡最近引起了研究界的兴趣，因为它们作为超声造影剂在分子成像和癌症治疗中的潜在应用。然而，亚微米气泡（尤其是无涂层气泡）的存在一直是一个争议的主题，部分原因是它们预测的拉普拉斯超压会达到几个大气压，从而使它们在热力学上不稳定。此外，预计超声与纳米颗粒相互作用产生的反向散射在临床相关频率下不易检测到。尽管如此，最近的一些报告已经成功地研究了纳米气泡在超声成像中的存在和应用。这些观察背后的机制仍不清楚，但被认为部分是，受气泡稳定壳的生物物理特性的影响很大。在这项研究中，我们研究了将三嵌段共聚物表面活性剂 Pluronic 加入到纳米气泡的脂质单层中的效果。使用光学张力测定法研究了壳组成对膜平衡表面张力的影响，同时使用了悬滴和上升滴原理。然而，这些技术被证明不足以解释在超声下观察到的纳米气泡的行为和稳定性。此外，我们试图通过 Langmuir-Blodgett 实验研究不同压缩程度（类似于超声场中的气泡振荡）下膜表面张力（表面压力）的变化。这项研究的结果显示显着下降（我们研究了将三嵌段共聚物表面活性剂 Pluronic 加入到纳米气泡的脂质单层中的效果。使用光学张力测定法研究了壳组成对膜平衡表面张力的影响，同时使用了悬滴和上升滴原理。然而，这些技术被证明不足以解释在超声下观察到的纳米气泡的行为和稳定性。此外，我们试图通过 Langmuir-Blodgett 实验研究不同压缩程度（类似于超声场中的气泡振荡）下膜表面张力（表面压力）的变化。这项研究的结果显示显着下降（我们研究了将三嵌段共聚物表面活性剂 Pluronic 加入到纳米气泡的脂质单层中的效果。使用光学张力测定法研究了壳组成对膜平衡表面张力的影响，同时使用了悬滴和上升滴原理。然而，这些技术被证明不足以解释在超声下观察到的纳米气泡的行为和稳定性。此外，我们试图通过 Langmuir-Blodgett 实验研究不同压缩程度（类似于超声场中的气泡振荡）下膜表面张力（表面压力）的变化。这项研究的结果显示显着下降（使用光学张力测定法研究了壳组成对膜平衡表面张力的影响，同时使用了悬滴和上升滴原理。然而，这些技术被证明不足以解释在超声下观察到的纳米气泡的行为和稳定性。此外，我们试图通过 Langmuir-Blodgett 实验研究不同压缩程度（类似于超声场中的气泡振荡）下膜表面张力（表面压力）的变化。这项研究的结果显示显着下降（使用光学张力测定法研究了壳组成对膜平衡表面张力的影响，同时使用了悬滴和上升滴原理。然而，这些技术被证明不足以解释在超声下观察到的纳米气泡的行为和稳定性。此外，我们试图通过 Langmuir-Blodgett 实验研究不同压缩程度（类似于超声场中的气泡振荡）下膜表面张力（表面压力）的变化。这项研究的结果显示显着下降（我们试图通过 Langmuir-Blodgett 实验研究不同压缩程度（类似于超声场中的气泡振荡）下膜表面张力（表面压力）的变化。这项研究的结果显示显着下降（我们试图通过 Langmuir-Blodgett 实验研究不同压缩程度（类似于超声场中的气泡振荡）下膜表面张力（表面压力）的变化。这项研究的结果显示显着下降（p < 0.0001) 通过掺入 Pluronic L10 在纳米气泡平衡表面张力中，尤其是在 0.2 的比率下，该值下降了 28%。然而，这种表面压力的降低只出现在特定的成分中，并且随着单层结构（结晶相或液晶填充物）的变化而变化。这些结果表明优化的潜力，其中表面压力可以在收缩和膨胀阶段最大化，并具有适当的脂质与 Pluronic 平衡和微观结构。