Ultrazvočno lahko uporabimo 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 ponazarjajo izbrani primeri v organski sintezi. Na kratko smo razpravljali tudi o trendu ultrazvoka, ki je spreminjal reakcijski mehanizem za podporo homogenemu (in ne heterogenemu) poti. Specifična prednost za določeno pot v sonokemičnih pogojih, ki se razlikuje od poti pod mehanskim mešanjem, se imenuje "sonokemična pretvorba". V primerjavi z ultrazvočno opremo, ki se uporablja za eksperimente laboratorijske lestvice in je zagotovila nekaj praktičnih "tehnik in pasti".
Ultrazvočna motnja 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, celične lize in ekstrakcijo vsebnosti celic. Uporaba ultrazvočne sonokemične opreme lahko selektivno uniči nekatere snovi, skrajša dolgočasne postopke 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 tudi najmanjše velikosti vzorcev zahtevajo hitro, ekonomično in ponovljivo obdelavo.
Uničenje celic in mikroorganizmov
V sodobnih laboratorijih se ultrazvočna sonokemična oprema uporablja za razčlenitev 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 vsebine, je vzorec bodisi podvržen občasni ultrazvočni obdelavi ali ohlajen v hladilni posodi med ultrazvočnim zdravljenjem. Rose ribnik lahko enakomerno zdravi mikroorganizme z ultrazvokom, ker ultrazvočna energija prisili vzorec, da kroži večkrat pod sondo in po celotni stranski roki. Steklena površina, nameščena v ledeni kopeli, se razširi in učinkovito ohladi vsebino.
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 zlasti bakterije, odporne na zdravila (na primer streptokok), glive, spore, kvasovke ali tkivne vzorce, lahko neposredno uničenje dosežemo z zelo visokimi ultrazvočnimi amplitudami z uporabo mikrocevk, saj lahko mikrotube v najmanjšo velikost vzorca vnesejo zelo veliko količino energije.
Pri uporabi mikrolitrov sta pena in brizganje v posodi večji problem. Lahko povzroči izgubo dragocenih 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 posoda opremljena z dodatnim hladilnim jaknom, lahko odpravi toplotno poškodbo vsebine celice. Da bi se izognili kontaminaciji s strani tujih delcev, kot so erozijski delci iz sonde, je pri skodelicah ali rogovih skodelic prednostna indirektna ultrazvočna obdelava. Ta metoda dosega enakomerno moč in hlajenje.
Prijave v biokemiji in medicini:
Uničenje organizacijskega gojenja
Podcelične komponente in virusi so bili moteni brez škode.
Testiranje staršev otrok
Hitro izvlecite matrično proste hemoliza iz domnevne očetove krvi EDTA za testiranje očetovstva (skrajšanje časa priprave za približno 30 minut).
Urološka kirurgija
Analiza biokemične membrane sestave sperme.
Genetske raziskave
Izvlecite DNK iz materialov človeškega telesa.
Priprava liposomov
Uporaba ultrazvoka (20 kHz) za razgradnjo MLV (večplastni liposomi) je glavna metoda za proizvodnjo SLV (monoplastni liposomi).
Zdravljenje cepiva za male strupe
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 pirolitni silicijev dioksid, se vse pogosteje uporabljajo pri proizvodnji preskusnih barv in premazov ali za poliranje površin majhnih avtomobilskih teles zaradi velike specifične površine in nenehno povečevanja reakcijskega potenciala. Poleg tega imajo te snovi neugodno nagnjenost k združevanju, kar ima za posledico zmanjšano pretočnost in zmogljivost. Oblikovane aglomerate motijo ultrazvočni homogenizator in disperzija je trajno stabilizirana, da se prepreči ponovna aglomeracija.
Pri analizi velikosti delcev je disperzija ključna za postopek merjenja. Delce je mogoče prepoznati le med postopkom merjenja in se v merilnem območju pojavijo kot zaznavni merilni signali. Zato nerazločeni aglomerati vodijo do pomembnih napačnih meritev. 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 povzroči neželene vključitve zraka. 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 barv in lakov do homogenizacije vzorcev odpadne vode in tal za analitične namene, nato pa do priprave vzorcev za analizo velikosti delcev. Zlasti za industrijsko odpadno vodo se nenehno preverja v okoljskih laboratorijih zaradi prisotnosti težkih kovin, maščob ali olj, da bi takoj sprejeli ukrepe, ko koncentracija presega standard. Za rezultate reprezentativne analize je treba vzorec odpadne vode spremeniti 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 mejo, 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 je bil v kratkem času ultrazvok uporabljen za izvajanje goste in fine homogenizacije v celicah Rosebud. Dosežna velikost delcev je manjša od 1 μm, zaradi odsotnosti tvorbe agregatov pa močno olajšajo poznejšo filtracijo za kvantitativno izpiranje ionov.
