Kakšne so aplikacije ultrazvočne sonokemije v medicini?
Ultrazvok se lahko uporablja v kemiji za povečanje hitrosti reakcije in donosa izdelka. Večina vpliva ultrazvoka na kemične reakcije je posledica kavitacije: tvorbe in rupture majhnih mehurčkov v topilih. V tem pregledu najprej podamo pregled fizičnega ozadja kavitacije in razpravljamo o njeni odvisnosti od dejavnikov, kot so intenzivnost zvoka in pogostost, topilo in temperatura. Vpliv ultrazvoka na kemijske reakcije se šteje za homogene in heterogene tekoče trdne sisteme. Prvo polje je prikazano predvsem z razpravo o vplivu ultrazvoka na reakcije polimerizacije in depolimerizacije, drugo polje pa je prikazano z izbranimi primeri v organski sintezi. Na kratko smo razpravljali tudi o trendu ultrazvoka, ki je spreminjal reakcijski mehanizem, da bi podpiral homogeno (in ne heterogeno) pot. Specifična prednost za določeno pot v sonokemičnih pogojih se razlikuje od poti pri mehanskem mešanju in se imenuje "sonokemična pretvorba". Primerjali smo ultrazvočno opremo, ki se uporablja za poskuse laboratorijske lestvice, in zagotovili nekaj praktičnih nasvetov in pasti.
Ultrazvočna fragmentacija in liza celic
Ultrazvočna sonokemična oprema se uporablja predvsem za pripravo in proizvodnjo vzorcev. Ta polja vključujejo zlasti homogenizacijo, emulgiranje in suspenzijo različnih snovi, pa tudi pospeševanje kemičnih reakcij, razdrobljenost celic in ekstrakcijo vsebnosti celic. Uporaba ultrazvočne sonokemične opreme lahko selektivno uniči določene snovi, skrajša mučen postopek priprave in izboljša donos številnih reakcij. Primerjava z mehansko opremo za predelavo, kot so planetarni kroglični mlini, rotorji/statutorji ali homogenizatorji vrzeli, kaže, da ultrazvočna sonokemična oprema deluje z večjo učinkovitostjo, zlasti omogoča ponovljive rezultate. Trend analize je, da se velikost vzorca manjša, uporaba kemikalij pa se tudi zmanjšuje. Na primer, v zadnjih letih je uporaba ultrazvočne sonokemične opreme postala ključna, saj celo najmanjša velikost vzorca zahteva hitra, ekonomična in ponovljiva obdelava.
Uničenje celic in mikroorganizmov
V sodobnih laboratorijih se ultrazvočna sonokemična oprema uporablja za uničenje celičnih sten za pridobivanje celičnih vsebin, kot so beljakovine, ne da bi jih poškodovali. Del energije, vnesene v celično suspenzijo, se s trenjem pretvori v toploto. Da bi se izognili toplotnim poškodbam celične vsebnosti, je vzorec občasno podvržen občasno ultrazvočno obdelavo ali ohlajen v hladilni posodi med ultrazvočno obdelavo. Rose ribnik lahko na mikroorganizmih izvede enakomerno ultrazvočno obdelavo, saj ultrazvočna energija sili vzorec, da kroži večkrat pod sondo in po celotni stranski roki. Zaradi širitve steklene površine, ki je nameščena v ledeno kopeljo, lahko vsebino učinkovito ohladi.
Uničenje celičnih membran je v veliki meri odvisno od elastičnosti celic. Celične komponente, kot sta mitohondrije ali citoplazma, lahko delno motimo s spreminjanjem vhodne ultrazvočne energije in ekstrakcijske moči. Za posebno odporne bakterije (na primer streptokoki), glive, spore, kvasovk ali tkiv lahko neposredno uničenje dosežemo z mikro konicami z zelo visokimi ultrazvočnimi amplitudami, saj lahko mikro nasveti v najmanjšo velikost vzorca vnesejo zelo veliko energijo v najmanjšo velikost vzorca .
Pri uporabi mikrolitrov sta pena in brizganje v posodi večji problem. Lahko povzroči dragoceno izgubo vzorčnih materialov. Zato je regulacija moči zelo pomembna. Če želite uničiti celice z nestabilnimi stenami, je potrebna le majhna količina moči ali amplitude. Za nenehno raztapljanje v velikih količinah se za obdelavo vsakega delca suspenzije z enako trdnostjo uporablja posebna pretočna posoda iz stekla ali nerjavečega jekla z ultrazvočno komoro. Če je vsebnik dodatno opremljen s hladilno jakno, je mogoče izključiti toplotno poškodbo vsebine celice. Da bi se izognili kontaminaciji iz tujih delcev, kot so erozivni delci iz sonde, je v skodelici za skodelico ali skodelice zaželeno indirektno ultrazvočno zdravljenje. Ta metoda dosega enakomerno moč in hlajenje.
Prijave v biokemiji in medicini:
1. uničenje organizacijske kulture
Podcelične komponente in virusi se uničijo brez škode.
2. Identifikacija staršev
Hitro izvlecite matrične proste hemolitične snovi iz krvi EDTA domnevnega očeta za identifikacijo staršev in otroka (skrajšanje časa priprave za približno 30 minut).
3. urologija
Analiza biokemičnih membran komponent sperme.
4. genetske raziskave
Izvlecite DNK iz materialov človeškega telesa.
5. Priprava lipidov
Uporaba ultrazvoka (20 kHz) za razgradnjo MLV (večplastni liposomi) je glavna metoda za proizvodnjo SLV (monoplastni liposomi).
6. Zdravljenje cepiva z malimi struk
Pripravite enakomerno porazdeljeno raztopino okužbe.
Razpršeno
S pomočjo ultrazvočne energije lahko trdne delce ali celo tekočine razpršimo v drugega nosilca. Nanoskalni praški, kot sta titanov dioksid ali piroliza, se vse pogosteje uporabljajo pri proizvodnji in testiranju barv in barv, pa tudi pri poliranju majhnih avtomobilskih površin zaradi njihove velike specifične površine in povečanja reakcijskega potenciala. Poleg tega imajo te snovi škodljivo nagnjenost k združevanju, kar ima za posledico zmanjšano pretočnost in zmožnost. Oblikovani aglomerati uničijo ultrazvočni homogenizer in disperzija je trajno stabilna, da prepreči združevanje.
Pri analizi velikosti delcev je disperzija ključna za postopek merjenja. Delce je mogoče prepoznati le med postopkom merjenja in se zdijo kot zaznavni merilni signali v merilnem območju. Zato nerazspešni aglomerati povzročijo pomembne merilne napake. S pomočjo ultrazvoka se delci razdelijo, da se pripravijo na nadaljnje meritve.
Kadar se uporablja ultrazvočno emulgiranje, se v kvazi homogeni losjon predelata dve neizmestitvi, kot sta olje in voda. V primerjavi s tradicionalnimi metodami z uporabo rotorjev lahko ultrazvok ustvari fino razpršeni losjon z zelo majhno velikostjo kapljic in zelo visoko stabilnostjo. Niti tvorba gruč ali grozdov niti ne pride do poravnave kapljic. Pri uporabi tradicionalnih metod, kot so rotorji ali mešalniki, počasno mešanje pogosto vodi do ločitve tekočine. Prehitro mešanje lahko privede do neželenih zračnih vključkov. Ultrazvočni homogenizatorji se v lekarnah običajno uporabljajo za kakovostno majhno proizvodnjo mazil.
V vsakdanjem življenju bomo naleteli na številne različne oblike ultrazvočnega homogeniziranega losjona, na primer v kozmetiki ali losjonu.
Homogenizacija
Obseg uporabe ultrazvočne tehnologije homogenizacije sega od proizvodnje barve in laka do homogenizacije vzorcev odpadne vode in tal za analitične namene, nato pa do vzorca priprave na analizo velikosti delcev. Zlasti za industrijsko odpadno vodo je treba nenehno preverjati prisotnost težkih kovin, maščob ali olj v okoljskih laboratorijih, da bi takoj sprejeli ukrepe, ko koncentracija presega standard. Za rezultate reprezentativne analize je treba vzorec odpadne vode pretvoriti v homogeno stanje. To dosežemo z ultrazvočno homogenizacijo z visoko zanesljivostjo v zelo kratkem času.
Da bi označili potencial odlagališč in oceno onesnaževal vzorcev odpadkov, kot so PAH (policiklični aromatični ogljikovodiki), težke kovine ali MKW (mineralni ogljikovodiki) v tleh, se ultrazvočna ekstrakcija uporablja kot alternativna metoda za hitre homogenizacije kot alternativna metoda za elucija.
V kmetijstvu se ultrazvočni homogenizatorji uporabljajo za pripravo vzorcev, da naknadno določijo vsebnost THC v konoplji in koncentracijo PAH v rastlinski hrani (kot so jagode), ki temeljijo na obremenitvi tal.
Ultrazvočni homogenizatorji se pogosto uporabljajo za nadzor kakovosti hrane. Da bi dosegli mejne vrednosti, je treba vsebnost nitrata v siru izmeriti v laboratoriju. Prejšnja metoda uporabe destilacije ksilenola metanola in kasnejše fotometrije je bila zelo problematična v toksikologiji in še posebej zamudni. Zato za kvantitativno določiti vsebnost nitrata ali mehansko predhodno zdrobiti sir. Nato smo v kratkem času v celicah vozlišča vrtnic izvedli gosto in fino homogenizacija z uporabo ultrazvoka. Dosežna velikost delcev je manjša od 1 μm, in ker se tvorba agregacije ne pojavi, močno spodbuja poznejšo filtracijo za kvantitativno izpiranje ionov.
