Ποιες είναι οι εφαρμογές της υπερηχητικής sonochemistry στην ιατρική;

Ο υπερηχογράφημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη χημεία για να αυξήσει τον ρυθμό αντίδρασης και την απόδοση του προϊόντος. Η πλειονότητα των επιπτώσεων του υπερήχου στις χημικές αντιδράσεις οφείλεται σε σπηλαίωση: ο σχηματισμός και η ρήξη των μικρών φυσαλίδων σε διαλύτες. Σε αυτήν την ανασκόπηση, παρέχουμε πρώτα μια επισκόπηση του φυσικού υπόβαθρου της σπηλαίωσης και συζητούμε την εξάρτησή της από παράγοντες όπως η ένταση και η συχνότητα, ο διαλύτης και η θερμοκρασία. Η επίδραση του υπερήχου στις χημικές αντιδράσεις θεωρείται τόσο για ομοιογενή όσο και για ετερογενή συστήματα υγρού-στερεού. Το πρώτο πεδίο απεικονίζεται κυρίως συζητώντας την επίδραση του υπερήχου στις αντιδράσεις πολυμερισμού και αποπολυμερισμού, ενώ το δεύτερο πεδίο απεικονίζεται μέσω επιλεγμένων παραδειγμάτων στην οργανική σύνθεση. Επίσης, συζητήσαμε εν συντομία την τάση του υπερήχου που αλλάζει τον μηχανισμό αντίδρασης για να υποστηρίξει την ομοιογενή (και όχι την ετερογενή) οδό. Η συγκεκριμένη προτίμηση για μια συγκεκριμένη διαδρομή υπό ηχοκημικές συνθήκες είναι διαφορετική από τη διαδρομή κάτω από τη μηχανική ανάδευση και ονομάζεται "ηχοκημική μετατροπή". Συγκρίναμε τον υπερηχητικό εξοπλισμό που χρησιμοποιείται για πειράματα εργαστηριακής κλίμακας και παρείχαμε κάποιες πρακτικές συμβουλές και παγίδες.

 

Κατακερματισμός υπερήχων και λύση κυττάρων

 

Ο υπερηχητικός εξοπλισμός Sonochemical χρησιμοποιείται κυρίως για την προετοιμασία και την παραγωγή δείγματος. Αυτά τα πεδία περιλαμβάνουν ιδιαίτερα ομογενοποίηση, γαλακτωματοποίηση και εναιώρημα διαφόρων ουσιών, καθώς και επιτάχυνση των χημικών αντιδράσεων, τον κατακερματισμό των κυττάρων και την εξαγωγή κυτταρικών περιεχομένων. Η χρήση του υπερηχητικού ορεχημικού εξοπλισμού μπορεί να καταστρέψει επιλεκτικά ορισμένες ουσίες, να συντομεύσει την κουραστική διαδικασία προετοιμασίας και να βελτιώσει την απόδοση πολλών αντιδράσεων. Η σύγκριση με τον μηχανικό εξοπλισμό επεξεργασίας, όπως οι πλανητικοί μύλοι σφαιρών, οι ρότορες/στάσεις ή οι ομογενοποιητές κενού, δείχνουν ότι ο υπερηχητικός ηχοχημικός εξοπλισμός λειτουργεί με υψηλότερη απόδοση, καθιστώντας τα δυνατά αναπαραγώγιμα αποτελέσματα. Η τάση της ανάλυσης είναι ότι το μέγεθος του δείγματος γίνεται μικρότερη και η χρήση των χημικών ουσιών μειώνεται επίσης. Για παράδειγμα, τα τελευταία χρόνια, η χρήση υπερηχητικού ορεχημικού εξοπλισμού έχει γίνει κρίσιμη, καθώς ακόμη και το μικρότερο μέγεθος δείγματος απαιτεί γρήγορη, οικονομική και επαναλαμβανόμενη επεξεργασία.

 

Καταστροφή κυττάρων και μικροοργανισμών

 

Στα σύγχρονα εργαστήρια, ο υπερηχητικός ηχοχημικός εξοπλισμός χρησιμοποιείται για την καταστροφή των κυτταρικών τοιχωμάτων για την εξαγωγή κυτταρικών περιεχομένων, όπως οι πρωτεΐνες, χωρίς να τα καταστρέφει. Ένα τμήμα της ενέργειας που εισάγεται στην κυτταρική εναιώρημα μετατρέπεται σε θερμότητα μέσω τριβής. Προκειμένου να αποφευχθεί η θερμική βλάβη στα περιεχόμενα των κυττάρων, το δείγμα είτε υποβάλλεται σε διαλείπουσα υπερηχητική θεραπεία περιοδικά είτε ψύχθηκε σε δοχείο ψύξης κατά τη διάρκεια της υπερηχητικής επεξεργασίας. Η Rose Pond μπορεί να εκτελέσει ομοιόμορφη υπερηχητική θεραπεία σε μικροοργανισμούς, καθώς η υπερηχητική ενέργεια αναγκάζει το δείγμα να κυκλοφορήσει επανειλημμένα κάτω από τον ανιχνευτή και σε ολόκληρο τον πλευρικό βραχίονα. Τοποθετημένο σε λουτρό πάγου, λόγω της επέκτασης της γυάλινης επιφάνειας, μπορεί να κρυώσει αποτελεσματικά τα περιεχόμενα.

Η καταστροφή των κυτταρικών μεμβρανών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την ελαστικότητα των κυττάρων. Τα κυτταρικά συστατικά, όπως τα μιτοχόνδρια ή το κυτταρόπλασμα, μπορούν να διαταραχθούν εν μέρει μεταβάλλοντας την ενέργεια υπερήχων εισόδου και την ισχύ εξόρυξης. Για ιδιαίτερα ανθεκτικά βακτηρίδια (όπως στρεπτόκοκκοι), μύκητες, σπόρια, ζυμομύκητα ή δείγματα ιστών, η άμεση καταστροφή μπορεί να επιτευχθεί μέσω μικρών άκρων με πολύ υψηλά πλάτη υπερήχων, καθώς οι μικροεπιχειρήσεις μπορούν να εισαγάγουν μια πολύ μεγάλη ποσότητα ενέργειας στο μικρότερο μέγεθος δείγματος .

 

Όταν χρησιμοποιείτε μικολίτρα, ο αφρός και η εκτόξευση στο δοχείο είναι ένα μεγαλύτερο πρόβλημα. Μπορεί να προκαλέσει πολύτιμη απώλεια δείγματος υλικών. Ως εκ τούτου, η ρύθμιση της ισχύος είναι πολύ σημαντική. Εάν θέλετε να καταστρέψετε κύτταρα με ασταθή τοίχους, απαιτείται μόνο μια μικρή ποσότητα ισχύος ή εύρους. Προκειμένου να διαλύεται συνεχώς σε μεγάλες ποσότητες, ένα ειδικό δοχείο ροής κατασκευασμένο από γυαλί ή ανοξείδωτο χάλυβα με υπερηχητικό θάλαμο χρησιμοποιείται για τη θεραπεία κάθε σωματιδίου της εναιώρησης με την ίδια ισχύ. Εάν το δοχείο είναι επιπλέον εξοπλισμένο με ένα σακάκι ψύξης, μπορεί να αποκλειστεί θερμική βλάβη στα περιεχόμενα των κυττάρων. Για να αποφευχθεί η μόλυνση από ξένα σωματίδια, όπως τα διαβρωτικά σωματίδια από τον ανιχνευτή, προτιμάται η έμμεση υπερηχητική θεραπεία σε ένα κύπελλο ή κέρας κυπέλλου. Αυτή η μέθοδος επιτυγχάνει ομοιόμορφη αντοχή και ψύξη.

 

Εφαρμογές στη βιοχημεία και την ιατρική:

 

1. Καταστροφή της οργανωτικής κουλτούρας

Τα υποκυτταρικά συστατικά και οι ιοί καταστρέφονται χωρίς καμία ζημιά.

2. Αναγνώριση παιδιών γονέων

Γρήγορα εξαγωγή αιμολυτικών ουσιών χωρίς μήτρα από το αίμα EDTA του υποτιθέμενου πατέρα για ταυτοποίηση γονέα-παιδιού (μείωση του χρόνου προετοιμασίας κατά περίπου 30 λεπτά).

3. Ουρολογία

Ανάλυση βιοχημικής μεμβράνης των συστατικών του σπέρματος.

4. Γενετική έρευνα

Εξαγωγή DNA από υλικά ανθρώπινου σώματος.

5. Προετοιμασία λιπιδίων

Η χρήση υπερήχων (20 kHz) για την αποσύνθεση του MLV (πολυστρωματικά λιποσώματα) είναι η κύρια μέθοδος για την παραγωγή SLV (μονοστιβάδες λιποσώματα).

6. Θεραπεία εμβολίου ευλογιάς

Προετοιμάστε μια ομοιόμορφα κατανεμημένη λύση λοίμωξης.

 

Διασκορπισμένος

Με τη βοήθεια υπερήχων ενέργειας, τα στερεά σωματίδια ή ακόμα και τα υγρά μπορούν να διασκορπιστούν σε άλλο φορέα. Οι σκόνες νανοκλίμακας, όπως το διοξείδιο του τιτανίου ή το πυριτικό πυριτίου, χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στην παραγωγή και δοκιμή χρωμάτων και χρωμάτων, καθώς και στη στίλβωση των μικρών επιφανειών του σώματος του αυτοκινήτου λόγω της μεγάλης ειδικής επιφάνειας τους και του αυξανόμενου δυναμικού αντίδρασης. Επιπλέον, αυτές οι ουσίες έχουν αρνητική τάση προς τη συσσωμάτωση, με αποτέλεσμα τη μειωμένη ρευστότητα και τη διαβρεξιμότητα. Τα διαμορφωμένα συσσωματώματα καταστρέφονται από υπερηχητικό ομογενοποιητή και η διασπορά είναι μόνιμα σταθερή για να αποφευχθεί η συσσωμάτωση RE.

Στην ανάλυση μεγέθους σωματιδίων, η διασπορά είναι ζωτικής σημασίας για τη διαδικασία μέτρησης. Τα σωματίδια μπορούν να ταυτοποιηθούν μόνο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μέτρησης και εμφανίζονται ως ανιχνεύσιμα σήματα μέτρησης στην περιοχή μέτρησης. Επομένως, τα μη διασταυρωμένα συσσωματώματα οδηγούν σε σημαντικά σφάλματα μέτρησης. Με τη βοήθεια υπερήχων, τα σωματίδια υποδιαιρούνται για να προετοιμαστούν για επακόλουθες μετρήσεις.

Όταν χρησιμοποιείται υπερηχητική γαλακτωματοποίηση, δύο μη αναμίγματα υγρών όπως το πετρέλαιο και το νερό υποβάλλονται σε επεξεργασία σε οιονεί ομοιογενή λοσιόν. Σε σύγκριση με τις παραδοσιακές μεθόδους που χρησιμοποιούν ρότορες, ο υπερηχογράφος μπορεί να παράγει λεπτή διασκορπισμένη λοσιόν με πολύ μικρό μέγεθος σταγονιδίων και πολύ υψηλή σταθερότητα. Ούτε ο σχηματισμός συστάδων ή συστάδων ούτε η καθίζηση των σταγονιδίων. Όταν χρησιμοποιείτε παραδοσιακές μεθόδους όπως ρότορες ή αναμίκτες, η αργή ανάδευση συχνά οδηγεί σε υγρό διαχωρισμό. Η ανάμειξη πολύ γρήγορα μπορεί να οδηγήσει σε ανεπιθύμητα εγκλείσματα αέρα. Οι υπερηχητικοί ομογενοποιητές χρησιμοποιούνται συνήθως στα φαρμακεία για παραγωγή αλοιφών μικρής κλίμακας υψηλής ποιότητας.

Στην καθημερινή μας ζωή, θα συναντήσουμε πολλές διαφορετικές μορφές υπερηχητικής ομογενοποιημένης λοσιόν, όπως σε καλλυντικά ή λοσιόν.

Ομογενοποίηση

 

Το πεδίο εφαρμογής της τεχνολογίας ομογενοποίησης υπερήχων κυμαίνεται από την παραγωγή βαφής και βερνικιού έως την ομογενοποίηση των δειγμάτων λυμάτων και εδάφους για αναλυτικούς σκοπούς και στη συνέχεια για την παρασκευή δείγματος για ανάλυση μεγέθους σωματιδίων. Ειδικά για τα βιομηχανικά λύματα, είναι απαραίτητο να ελέγχεται συνεχώς για την παρουσία βαρέων μετάλλων, λιπών ή ελαίων σε περιβαλλοντικά εργαστήρια προκειμένου να ληφθούν άμεσα μέτρα όταν η συγκέντρωση υπερβαίνει το πρότυπο. Για τα αποτελέσματα αντιπροσωπευτικής ανάλυσης, είναι απαραίτητο να μετατραπεί το δείγμα λυμάτων σε ομοιογενή κατάσταση. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω υπερηχητικής ομογενοποίησης με υψηλή αξιοπιστία σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα.

Προκειμένου να χαρακτηριστεί το δυναμικό των χώρων υγειονομικής ταφής και η εκτίμηση των ρύπων των δειγμάτων αποβλήτων, όπως η PAH (πολυκυκλικοί αρωματικοί υδρογονάνθρακες), τα βαρέα μέταλλα ή η MKW (υδρογονάνθρακες ορυκτέλας) στο έδαφος, η υπερηχητική εκχύλιση χρησιμοποιείται ως ταχεία διαδικασία ομογενοποίησης ως εναλλακτική μέθοδος για έκλειψη.

Στη γεωργία, οι υπερηχητικοί ομογενοποιητές χρησιμοποιούνται για την προετοιμασία του δείγματος για να προσδιοριστούν στη συνέχεια η περιεκτικότητα σε THC στην κάνναβη και τη συγκέντρωση PAH σε φυτικά τρόφιμα (όπως φράουλες) με βάση το φορτίο του εδάφους.

Οι υπερηχητικοί ομογενοποιητές χρησιμοποιούνται συχνά για τον έλεγχο της ποιότητας των τροφίμων. Προκειμένου να ικανοποιηθούν οι οριακές τιμές, η περιεκτικότητα σε νιτρικά τυριά πρέπει να μετράται στο εργαστήριο. Η προηγούμενη μέθοδος χρήσης της απόσταξης μεθανόλης ξυλενόλης και η επακόλουθη φωτομετρία ήταν πολύ προβληματική στην τοξικολογία και ιδιαίτερα χρονοβόρα. Επομένως, προκειμένου να προσδιοριστεί ποσοτικά η περιεκτικότητα σε νιτρικά ή να συντρίψει μηχανικά το τυρί. Στη συνέχεια, σε σύντομο χρονικό διάστημα, διεξήχθη πυκνή και λεπτή ομογενοποίηση στα κύτταρα κόμβου Rose χρησιμοποιώντας υπερηχογράφημα. Το εφικτό μέγεθος σωματιδίων είναι μικρότερο από 1 μm και δεδομένου ότι ο σχηματισμός συσσωμάτωσης δεν συμβαίνει, προωθεί σημαντικά την επακόλουθη διήθηση για να ξεπλυθεί ποσοτικά τα ιόντα.