Aké sú aplikácie ultrazvukovej sonochémie v medicíne?

Ultrazvuk sa môže použiť v chémii na zvýšenie rýchlosti reakcie a výťažku produktu. Väčšina vplyvu ultrazvuku na chemické reakcie je spôsobená kavitáciou: tvorba a prasknutie malých bublín v rozpúšťadlách. V tomto prehľade najprv poskytneme prehľad fyzického pozadia kavitácie a diskutujeme o jej závislosti od faktorov, ako je intenzita zvuku a frekvencia, rozpúšťadlo a teplota. Vplyv ultrazvuku na chemické reakcie sa považuje za homogénne aj heterogénne kvapalné pevné systémy. Prvé pole sa ilustruje hlavne diskusiou o vplyve ultrazvuku na polymerizáciu a depolymerizačné reakcie, zatiaľ čo druhé pole je ilustrované vybranými príkladmi v organickej syntéze. Stručne sme diskutovali o trendu ultrazvuku zmeny reakčného mechanizmu na podporu homogénnej (skôr heterogénnej) dráhy. Špecifická preferencia pre špecifickú cestu za sonochemickými podmienkami sa líši od cesty pod mechanickým miešaním a nazýva sa „sonochemická premena“. Porovnali sme ultrazvukové vybavenie používané na experimenty v laboratórnom meradle a poskytovali sme niektoré praktické tipy a pasce.

 

Ultrazvuková fragmentácia a lýza buniek

 

Ultrazvukové sonochemické vybavenie sa používa hlavne na prípravu a výrobu vzoriek. Medzi tieto oblasti patrí najmä homogenizácia, emulgácia a suspenzia rôznych látok, ako aj zrýchlenie chemických reakcií, fragmentáciu buniek a extrakciu obsahu buniek. Použitie ultrazvukového sonochemického zariadenia môže selektívne zničiť určité látky, skrátiť únavnú prípravnú procesu a zlepšiť výťažok mnohých reakcií. Porovnanie s mechanickými spracovateľskými zariadeniami, ako sú planétové guľové mlyny, rotory/statory alebo homogenizátory medzery, ukazuje, že ultrazvukové sonochemické vybavenie funguje s vyššou účinnosťou, najmä umožnenie reprodukovateľných výsledkov. Trendom analýzy je, že veľkosť vzorky sa zmenšuje a tiež klesá použitie chemikálií. Napríklad v posledných rokoch sa používalo ultrazvukové sonochemické vybavenie rozhodujúce, pretože dokonca aj najmenšia veľkosť vzorky vyžaduje rýchle, ekonomické a opakovateľné spracovanie.

 

Deštrukcia buniek a mikroorganizmov

 

V moderných laboratóriách sa ultrazvukové sonochemické vybavenie používa na zničenie bunkových stien na extrahovanie obsahu buniek, ako sú proteíny, bez toho, aby ich poškodili. Časť energie zavedená do bunkovej suspenzie sa prostredníctvom trenia premení na teplo. Aby sa predišlo tepelnému poškodeniu obsahu buniek, vzorka je buď vystavená intermitentnému ultrazvukovému ošetreniu pravidelne alebo ochladené v chladiacej nádobe počas ultrazvukového ošetrenia. Ružový rybník môže vykonávať rovnomerné ultrazvukové ošetrenie mikroorganizmov, pretože ultrazvuková energia núti vzorku opakovane cirkulovať pod sondu a celé bočné rameno. V dôsledku rozširovania povrchu skla, ktorý je umiestnený v ľadovom kúpeli, môže obsah účinne ochladiť.

Deštrukcia bunkových membrán do značnej miery závisí od elasticity buniek. Bunkové zložky, ako sú mitochondrie alebo cytoplazma, sa dajú čiastočne narušiť zmenou vstupnej ultrazvukovej energie a extrakčnej energie. Pre zvlášť rezistentné baktérie (ako sú streptokoky), húby, spóry, kvasinky alebo tkanivové vzorky, priama deštrukcia sa dá dosiahnuť prostredníctvom mikrov špičiek s veľmi vysokými ultrazvukovými amplitúdami, pretože mikrovescy môžu vložiť veľmi veľké množstvo energie do najmenšej veľkosti vzorky .

 

Pri používaní mikrolitrov sú väčší problém pena a postriekanie v nádobe. Môže spôsobiť cennú stratu materiálov vzorky. Preto je regulácia moci veľmi dôležitá. Ak chcete zničiť bunky nestabilnými stenami, je potrebné iba malé množstvo energie alebo amplitúdy. Aby sa neustále rozpustila vo veľkých množstvách, na ošetrenie každej častice suspenzie s rovnakou pevnosťou sa používa špeciálna prietoková nádoba vyrobená zo skla alebo nehrdzavejúcej ocele s ultrazvukovou komorou. Ak je nádoba dodatočne vybavená chladiacim plášťom, je možné vylúčiť tepelné poškodenie obsahu buniek. Aby sa predišlo kontaminácii cudzích častíc, ako sú erozívne častice zo sondy, nepriame ultrazvukové ošetrenie je preferované v posilňovacom posilňovači alebo šálke rohu. Táto metóda dosahuje jednotnú pevnosť a chladenie.

 

Aplikácie v biochémii a medicíne:

 

1. Zničenie organizačnej kultúry

Subcelulárne komponenty a vírusy sú zničené bez poškodenia.

2. Identifikácia rodičovských detí

Rýchlo extrahujte hemolytické látky bez matrice z krvi EDTA predpokladaného otca na identifikáciu rodičov-dieťa (skrátenie času prípravy približne o 30 minút).

3. Urologia

Biochemická membránová analýza komponentov spermií.

4. Genetický výskum

Extrahujte DNA z materiálov ľudského tela.

5. Lipidová príprava

Použitie ultrazvuku (20 kHz) na rozloženie MLV (viacvrstvové lipozómy) je hlavnou metódou na výrobu SLV (monovrstvy lipozómov).

6. Ošetrenie vakcíny proti kiahňam

Pripravte rovnomerne distribuovaný infekčný roztok.

 

Rozptýlený

S pomocou ultrazvukovej energie sa môžu tuhé častice alebo dokonca kvapaliny rozptýliť do iného nosiča. Nanomacerné prášky, ako je oxid titaničitý alebo pyrolýza oxidu kremičitého, sa stále viac používajú pri výrobe a testovaní farieb a farieb, ako aj pri leštení malých povrchov tela auta v dôsledku ich veľkej špecifickej povrchovej plochy a zvyšujúceho sa reakčného potenciálu. Okrem toho majú tieto látky nepriaznivú tendenciu k agregácii, čo vedie k zníženej plynulosti a zmáčateľnosti. Vytvorené aglomeráty sú zničené ultrazvukovým homogrizáciou a disperzia je trvalo stabilná, aby sa zabránilo agregácii.

Pri analýze veľkosti častíc je disperzia rozhodujúca pre proces merania. Častice sa dajú identifikovať iba počas procesu merania a javia sa ako detegovateľné signály merania v oblasti merania. Preto nepresižované aglomeráty vedú k významným chybám merania. S pomocou ultrazvuku sú častice rozdelené na prípravu na následné merania.

Keď sa použije ultrazvuková emulgácia, dve nemiešateľné tekutiny, ako je olej a voda, sa spracúvajú do kvázi homogénneho mlieka. V porovnaní s tradičnými metódami, ktoré používajú rotory, môže ultrazvuk produkovať jemne rozptýlené mlieko s veľmi malú veľkosť kvapôčok a veľmi vysokú stabilitu. Nezohľadnenie zhlukov alebo zhlukov, ani usadzovanie kvapiek. Pri používaní tradičných metód, ako sú rotory alebo mixéry, pomalé miešanie často vedie k separácii kvapaliny. Príliš rýchlo miešanie môže viesť k nechceným inklúziám vzduchu. Ultrazvukové homogenizéry sa bežne používajú vo lekárňach na vysokokvalitnú malú výrobu mastí.

V našom každodennom živote sa stretneme s mnohými rôznymi formami ultrazvukového homogenizovaného mlieka, napríklad v kozmetike alebo mlieku.

Homogenizácia

 

Rozsah aplikácie technológie ultrazvukovej homogenizácie sa pohybuje od výroby farby a laku po homogenizáciu vzoriek odpadových vôd a pôdy na analytické účely a potom po prípravu vzorky na analýzu veľkosti častíc. Najmä pre priemyselnú odpadovú vodu je potrebné neustále kontrolovať prítomnosť ťažkých kovov, tukov alebo olejov v environmentálnych laboratóriách, aby sa prijali okamžité opatrenia, keď koncentrácia presahuje štandard. Pre výsledky reprezentatívnej analýzy je potrebné previesť vzorku odpadovej vody na homogénny stav. To sa dosahuje ultrazvukovou homogenizáciou s vysokou spoľahlivosťou vo veľmi krátkom časovom období.

Aby sa charakterizoval potenciál skládky a hodnotenie znečisťujúcich látok vzorky odpadu, ako je PAH (polycyklické aromatické uhľovodíky), ťažké kovy alebo MKW (uhľovodíky minerálnych olejov), ultrazvuková extrakcia sa používa ako rýchly homogenizačný proces ako alternatívna metóda pre alternatívnu metódu pre alternatívnu metódu elúcia.

V poľnohospodárstve sa ultrazvukové homogenizéry používajú na prípravu vzorky na následné stanovenie obsahu THC v kanabise a koncentrácii PAH v rastlinných potravinách (napríklad jahody) na základe zaťaženia pôdy.

Ultrazvukové homogenizéry sa často používajú na kontrolu kvality potravín. Aby sa splnili limitné hodnoty, musí sa v laboratóriu merať obsah dusičnanu v syre. Predchádzajúca metóda použitia destilácie xylenolového metanolu a následnej fotometrii bola veľmi problematická v toxikológii a najmä časovo náročná. Preto s cieľom kvantitatívne určiť obsah dusičnanu alebo mechanicky vopred rozdrviť syr. Potom sa v krátkom časovom období uskutočňovala hustá a jemná homogenizácia v bunkách ružových uzlov pomocou ultrazvuku. Dosiahnuteľná veľkosť častíc je menšia ako 1 μm a keďže sa neexistuje tvorba agregácie, výrazne podporuje následnú filtráciu na kvantitatívne vymytie iónov.