Apakah aplikasi sonokimia ultrasound dalam bidang perubatan?

Ultrasound boleh digunakan dalam kimia untuk meningkatkan kadar tindak balas dan hasil produk. Majoriti kesan ultrasound terhadap tindak balas kimia adalah disebabkan oleh peronggaan: pembentukan dan pecah gelembung kecil dalam pelarut. Dalam kajian ini, kami mula -mula memberikan gambaran mengenai latar belakang fizikal peronggaan dan membincangkan pergantungannya terhadap faktor -faktor seperti intensiti bunyi dan kekerapan, pelarut, dan suhu. Pengaruh ultrasound terhadap tindak balas kimia dipertimbangkan untuk sistem cecair-pepejal yang homogen dan heterogen. Bidang pertama terutamanya digambarkan dengan membincangkan kesan ultrasound pada pempolimeran dan tindak balas depolimerisasi, sementara bidang kedua digambarkan melalui contoh -contoh terpilih dalam sintesis organik. Kami juga membincangkan trend ultrasound mengubah mekanisme tindak balas untuk menyokong laluan homogen (bukan heterogen). Keutamaan khusus untuk laluan tertentu di bawah keadaan sonokimia adalah berbeza dari jalan di bawah pengadukan mekanikal, dan dipanggil "penukaran sonokimia". Kami membandingkan peralatan ultrasonik yang digunakan untuk eksperimen skala makmal dan menyediakan beberapa petua dan perangkap praktikal.

 

Pemecahan ultrasound dan lisis sel

 

Peralatan sonokimia ultrasonik digunakan terutamanya untuk penyediaan dan pengeluaran sampel. Bidang ini terutamanya termasuk homogenisasi, pengemulsi, dan penggantungan pelbagai bahan, serta percepatan tindak balas kimia, pemecahan sel, dan pengekstrakan kandungan sel. Penggunaan peralatan sonokimia ultrasonik secara selektif boleh memusnahkan bahan -bahan tertentu, memendekkan proses penyediaan yang membosankan, dan meningkatkan hasil banyak reaksi. Perbandingan dengan peralatan pemprosesan mekanikal seperti kilang bola planet, rotor/stator, atau homogenizer jurang menunjukkan bahawa peralatan sonochemical ultrasonik berfungsi dengan kecekapan yang lebih tinggi, terutama membuat hasil yang boleh dihasilkan mungkin. Trend analisis adalah bahawa saiz sampel semakin kecil dan penggunaan bahan kimia juga berkurangan. Sebagai contoh, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penggunaan peralatan sonokimia ultrasonik telah menjadi penting, walaupun saiz sampel terkecil memerlukan pemprosesan cepat, ekonomik, dan berulang.

 

Pemusnahan sel dan mikroorganisma

 

Di makmal moden, peralatan sonokimia ultrasonik digunakan untuk memusnahkan dinding sel untuk mengekstrak kandungan sel, seperti protein, tanpa merosakkannya. Sebahagian daripada tenaga yang diperkenalkan ke dalam penggantungan sel ditukar menjadi haba melalui geseran. Untuk mengelakkan kerosakan terma kepada kandungan sel, sampel sama ada tertakluk kepada rawatan ultrasonik sekejap secara berkala atau disejukkan dalam bekas penyejuk semasa rawatan ultrasonik. Kolam mawar boleh melakukan rawatan ultrasonik seragam pada mikroorganisma, kerana tenaga ultrasonik memaksa sampel untuk beredar berulang kali di bawah siasatan dan di seluruh lengan sampingan. Diletakkan di dalam mandi ais, disebabkan oleh pengembangan permukaan kaca, ia dapat menyejukkan kandungannya dengan berkesan.

Kemusnahan membran sel sebahagian besarnya bergantung kepada keanjalan sel. Komponen selular, seperti mitokondria atau sitoplasma, boleh terganggu sebahagiannya dengan mengubah tenaga ultrasound input dan kuasa pengekstrakan. Untuk bakteria yang sangat tahan (seperti streptococci), kulat, spora, yis, atau sampel tisu, kemusnahan langsung dapat dicapai melalui tip mikro dengan amplitud ultrasound yang sangat tinggi, kerana tip mikro dapat memasukkan tenaga yang sangat besar ke dalam saiz sampel terkecil .

 

Apabila menggunakan microliters, buih dan percikan dalam bekas adalah masalah yang lebih besar. Boleh menyebabkan kehilangan bahan sampel yang berharga. Oleh itu, peraturan kuasa sangat penting. Jika anda ingin memusnahkan sel dengan dinding yang tidak stabil, hanya sedikit kuasa atau amplitud yang diperlukan. Untuk terus larut dalam kuantiti yang besar, bekas aliran khas yang diperbuat daripada kaca atau keluli tahan karat dengan ruang ultrasonik digunakan untuk merawat setiap zarah penggantungan dengan kekuatan yang sama. Sekiranya bekas itu dilengkapi dengan jaket penyejuk, kerosakan terma kepada kandungan sel boleh diketepikan. Untuk mengelakkan pencemaran dari zarah asing, seperti zarah erosif dari siasatan, rawatan ultrasonik tidak langsung lebih disukai dalam penggalak cawan atau tanduk cawan. Kaedah ini mencapai kekuatan seragam dan penyejukan.

 

Aplikasi dalam Biokimia dan Perubatan:

 

1. Pemusnahan Budaya Organisasi

Komponen dan virus subselular dimusnahkan tanpa sebarang kerosakan.

2. Pengenalan Anak Ibu Bapa

Cepat ekstrak matriks bahan hemolitik percuma dari darah EDTA bapa yang diasumsikan untuk pengenalan ibu bapa dan kanak-kanak (mengurangkan masa penyediaan kira-kira 30 minit).

3. Urologi

Analisis membran biokimia komponen sperma.

4. Penyelidikan Genetik

Ekstrak DNA dari bahan badan manusia.

5. Penyediaan Lipid

Penggunaan ultrasound (20 kHz) untuk menguraikan MLV (liposom multilayer) adalah kaedah utama untuk menghasilkan SLV (liposom monolayer).

6. Rawatan vaksin cacar

Sediakan penyelesaian jangkitan yang diedarkan secara seragam.

 

Tersebar

Dengan bantuan tenaga ultrasonik, zarah pepejal atau bahkan cecair boleh tersebar ke pembawa lain. Serbuk nanoscale, seperti titanium dioksida atau silika pirolisis, semakin digunakan dalam pengeluaran dan pengujian cat dan cat, serta dalam penggilap permukaan badan kereta kecil kerana kawasan permukaan yang besar dan potensi reaksi yang semakin meningkat. Di samping itu, bahan -bahan ini mempunyai kecenderungan yang buruk terhadap pengagregatan, mengakibatkan ketidakstabilan dan kebolehkerjaan menurun. Agglomerat yang terbentuk dimusnahkan oleh homogenizer ultrasonik dan penyebarannya stabil secara kekal untuk mencegah pengagregatan semula.

Dalam analisis saiz zarah, penyebaran adalah penting untuk proses pengukuran. Zarah hanya boleh dikenalpasti semasa proses pengukuran, dan ia muncul sebagai isyarat pengukuran yang dapat dikesan di kawasan pengukuran. Oleh itu, aglomerat yang tidak dibebaskan mengakibatkan kesilapan pengukuran yang signifikan. Dengan bantuan ultrasound, zarah dibahagikan untuk menyediakan pengukuran berikutnya.

Apabila pengemulsian ultrasonik digunakan, dua cecair yang tidak dapat dilepaskan seperti minyak dan air diproses menjadi losyen homogen kuasi. Berbanding dengan kaedah tradisional menggunakan rotor, ultrasound boleh menghasilkan losyen yang tersebar halus dengan saiz titisan yang sangat kecil dan kestabilan yang sangat tinggi. Baik pembentukan rumpun atau kelompok atau penyelesaian titisan berlaku. Apabila menggunakan kaedah tradisional seperti rotor atau pengadun, pengadukan perlahan sering membawa kepada pemisahan cecair. Pencampuran terlalu cepat boleh menyebabkan kemasukan udara yang tidak diingini. Homogenizer ultrasonik biasanya digunakan dalam farmasi untuk pengeluaran salap berskala kecil berkualiti tinggi.

Dalam kehidupan seharian kita, kita akan menghadapi pelbagai bentuk losyen homogenik ultrasonik, seperti dalam kosmetik atau losyen.

Homogenisasi

 

Skop aplikasi teknologi homogenisasi ultrasonik adalah dari pengeluaran cat dan varnis kepada homogenisasi sampel air sisa dan tanah untuk tujuan analisis, dan kemudian untuk membuat sampel untuk analisis saiz zarah. Terutama untuk air sisa perindustrian, perlu terus memeriksa kehadiran logam berat, lemak, atau minyak di makmal alam sekitar untuk mengambil langkah segera apabila kepekatan melebihi standard. Untuk hasil analisis perwakilan, adalah perlu untuk menukar sampel air sisa ke dalam keadaan homogen. Ini dicapai melalui homogenisasi ultrasonik dengan kebolehpercayaan yang tinggi dalam tempoh yang sangat singkat.

Untuk mencirikan potensi pelupusan sampah dan penilaian bahan pencemar sampel sisa, seperti PAH (hidrokarbon aromatik polycyclic), logam berat, atau MKW (hidrokarbon minyak mineral) di tanah, pengekstrakan ultrasonik digunakan sebagai proses homogenisasi yang cepat sebagai kaedah alternatif untuk elusi.

Dalam bidang pertanian, homogenizer ultrasonik digunakan untuk penyediaan sampel untuk seterusnya menentukan kandungan THC dalam ganja dan kepekatan PAH dalam makanan sayur -sayuran (seperti strawberi) berdasarkan beban tanah.

Homogenizer ultrasonik sering digunakan untuk kawalan kualiti makanan. Untuk memenuhi nilai had, kandungan nitrat keju mesti diukur di makmal. Kaedah sebelumnya menggunakan penyulingan metanol xylenol dan fotometri berikutnya sangat bermasalah dalam toksikologi dan terutamanya memakan masa. Oleh itu, untuk secara kuantitatif menentukan kandungan nitrat atau secara mekanikal pra menghancurkan keju. Kemudian, dalam masa yang singkat, homogenisasi padat dan halus dilakukan dalam sel -sel node mawar menggunakan ultrasound. Saiz zarah yang boleh dicapai adalah kurang daripada 1 μ m, dan sejak pembentukan agregasi tidak berlaku, ia sangat menggalakkan penapisan berikutnya untuk mencuci ion secara kuantitatif.