Ποιες είναι οι εφαρμογές της υπερηχητικής sonochemistry στην ιατρική;

 

Το Ultrasonic μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη χημεία για να αυξήσει τους ρυθμούς αντίδρασης και τις αποδόσεις 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 με επιλεγμένα παραδείγματα στην οργανική σύνθεση. Επίσης, συζητήσαμε εν συντομία την τάση της μεταβολής του υπερήχου του μηχανισμού αντίδρασης για να υποστηρίξουμε την ομοιογενή (και όχι την ετερογενή) οδό. Η συγκεκριμένη προτίμηση για μια συγκεκριμένη διαδρομή υπό ηχοκημικές συνθήκες, διαφορετική από τη διαδρομή κάτω από τη μηχανική ανάδευση, ονομάζεται "Sonochemical Conversion". Συγκρίθηκε εξοπλισμός υπερήχων που χρησιμοποιείται για πειράματα εργαστηριακής κλίμακας και παρείχε κάποιες πρακτικές "τεχνικές και παγίδες".

 

Υπερηχητική διακοπή 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 χημικών αντιδράσεων, κυτταρικής λύσης και εκχύλισης κυτταρικών περιεχομένων. Η χρήση του υπερηχητικού ορεχημικού εξοπλισμού μπορεί να καταστρέψει επιλεκτικά ορισμένες ουσίες, να συντομεύσει τις κουραστικές διαδικασίες 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 υπερηχητικών ορεχημικών εξοπλισμού έχει γίνει κρίσιμη, καθώς ακόμη και τα μικρότερα μεγέθη δείγματος απαιτούν γρήγορη, οικονομική και αναπαραγώγιμη επεξεργασία.

 

 

Καταστροφή κυττάρων και μικροοργανισμών

 

Στα σύγχρονα εργαστήρια, ο υπερηχητικός ηχοχημικός εξοπλισμός χρησιμοποιείται για να σπάσει τα κυτταρικά τοιχώματα για την εξαγωγή κυτταρικών περιεχομένων, όπως 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 κυτταρικά περιεχόμενα, το δείγμα είτε υποβάλλεται σε διαλείπουσα θεραπεία υπερήχων περιοδικά είτε ψύχθηκε σε δοχείο ψύξης κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας υπερήχων. Η Rose Pond μπορεί να θεραπεύσει ομοιόμορφα μικροοργανισμούς με υπερηχογράφημα επειδή η ενέργεια υπερήχων αναγκάζει το δείγμα να κυκλοφορήσει επανειλημμένα κάτω από τον ανιχνευτή και σε όλο τον πλευρικό βραχίονα. Τοποθετείται σε ένα λουτρό πάγου, η επιφάνεια του γυαλιού επεκτείνεται και ψύχει 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 στα φάρμακα βακτηρίδια (όπως ο Streptococcus), οι μύκητες, τα σπόρια, η ζύμη ή τα δείγματα ιστών, η άμεση καταστροφή μπορεί να επιτευχθεί με πολύ υψηλά πλάτη υπερήχων χρησιμοποιώντας μικροσωλήνες, καθώς οι μικροσωλήνες μπορούν να εισάγουν πολύ μεγάλες ποσότητες ενέργειας στο μικρότερο μέγεθος δείγματος.

 

Όταν χρησιμοποιείτε μικολίτρα, ο αφρός και η εκτόξευση στο δοχείο είναι ένα μεγαλύτερο πρόβλημα. Μπορεί να προκαλέσει απώλεια πολύτιμων δειγμάτων 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 εξοπλισμένο με ένα επιπλέον σακάκι ψύξης, μπορεί να εξαλείψει τη θερμική βλάβη στα περιεχόμενα των κυττάρων. Προκειμένου να αποφευχθεί η μόλυνση από ξένα σωματίδια, όπως σωματίδια διάβρωσης από ανιχνευτές, προτιμάται έμμεση υπερηχητική θεραπεία σε ενισχυτές κυπέλλου ή κέρατα κυπέλλου. Αυτή η μέθοδος επιτυγχάνει ομοιόμορφη αντοχή και ψύξη.

 

 

Εφαρμογές στη βιοχημεία και την ιατρική:

 

Καταστροφή της οργανωτικής καλλιέργειας

 

Τα υποκυτταρικά συστατικά και οι ιοί διαταράχθηκαν χωρίς καμία ζημιά.

 

Δοκιμή παιδιών γονέων

 

Γρήγορα εκχύλιση της αιμόλυσης ελεύθερης μήτρας από το αίμα EDTA του υποτιθέμενου πατέρα για δοκιμή πατρότητας (μείωση του χρόνου προετοιμασίας κατά περίπου 30 λεπτά).

 

Χειρουργική επέμβαση ουρολογίας

 

Ανάλυση βιοχημικής μεμβράνης της σύνθεσης σπέρματος.

 

Γενετική έρευνα

 

Εξαγωγή DNA από υλικά ανθρώπινου σώματος.

 

Προετοιμασία λιποσώματος

 

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

 

Η θεραπεία του εμβολίου της 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 πυολυτικό πυριτικό, χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στην παραγωγή δοκιμαστικών χρωμάτων και επικαλύψεων ή για τη στίλβωση των επιφανειών των μικρών αυτοκινήτων, λόγω της μεγάλης ειδικής επιφάνειας τους και της συνεχούς αυξανόμενης αντίδρασης. Επιπλέον, αυτές οι ουσίες έχουν μια δυσμενή τάση να συγκεντρώνονται, με αποτέλεσμα τη μειωμένη ρευστότητα και τη διαβρεξιμότητα. Τα διαμορφωμένα συσσωματώματα διαταράσσονται από έναν υπερηχητικό ομογενοποιητή και η διασπορά σταθεροποιείται μόνιμα για να αποφευχθεί η συσσωμάτωση.

Στην ανάλυση μεγέθους σωματιδίων, η διασπορά είναι ζωτικής σημασίας για τη διαδικασία μέτρησης. Τα σωματίδια μπορούν να αναγνωριστούν μόνο κατά τη διάρκεια της διαδικασίας μέτρησης και να εμφανιστούν ως ανιχνεύσιμα σήματα μέτρησης στην περιοχή μέτρησης. Επομένως, τα μη διασταυρωμένα συσσωματώματα οδηγούν σε σημαντικές λανθασμένες μετρήσεις. 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 αναδευτήρες, η αργή ανάδευση συχνά οδηγεί σε υγρό διαχωρισμό. Η ανάμειξη πολύ γρήγορα μπορεί να προκαλέσει 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 χρωμάτων και βερνικιών 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, ελέγχεται συνεχώς σε περιβαλλοντικά εργαστήρια για την παρουσία βαρέων μετάλλων, λιπών ή ελαίων, προκειμένου να ληφθούν άμεσα μέτρα όταν η συγκέντρωση υπερβαίνει το πρότυπο. Για τα αποτελέσματα της 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 ικανοποιηθεί το όριο, το περιεχόμενο των νιτρικών τυριών πρέπει να μετρηθεί 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 άλατα ή να συντρίψει μηχανικά το τυρί. Στη συνέχεια, σε σύντομο χρονικό διάστημα, ο υπερηχογράφος χρησιμοποιήθηκε για να εκτελέσει πυκνή και λεπτή ομογενοποίηση στα κύτταρα Rosebud. Το επιτεύξιμο μέγεθος των σωματιδίων είναι μικρότερο από 1 μm και λόγω της απουσίας συσσωματωμένου σχηματισμού, διευκολύνει σε μεγάλο βαθμό την επακόλουθη διήθηση για να ξεπλένει ποσοτικά τα ιόντα.