Care sunt aplicațiile sonochimiei cu ultrasunete în medicină?

 

Ultrasonic poate fi utilizat în chimie pentru a crește ratele de reacție și randamentele produsului. Majoritatea impactului ecografiei asupra reacțiilor chimice se datorează cavitației: formarea și ruperea bulelor mici în solvenți. În această recenzie, oferim mai întâi o imagine de ansamblu asupra fondului fizic al cavitației și discutăm dependența sa de factori precum intensitatea sunetului și frecvența, solventul și temperatura. Influența ecografiei asupra reacțiilor chimice este considerată atât pentru sistemele omogene, cât și pentru cele eterogene solide-solide. Primul câmp este ilustrat în principal prin discutarea influenței ecografiei asupra reacțiilor de polimerizare și depolimerizare, în timp ce al doilea câmp este ilustrat prin exemple selectate în sinteza organică. De asemenea, am discutat pe scurt tendința ecografiei care modifică mecanismul de reacție pentru a sprijini calea omogenă (mai degrabă decât eterogenă). Preferința specifică pentru o anumită cale în condiții sonochimice, diferită de calea sub agitarea mecanică, se numește „conversie sonochimică”. A comparat echipamentele cu ultrasunete utilizate pentru experimente la scară de laborator și au oferit câteva „tehnici și capcane” practice.

 

Întreruperea ultrasonică și liza celulelor

 

Echipamentele sonochimice cu ultrasunete sunt utilizate în principal pentru prepararea și producția de probe. Aceste câmpuri includ în special omogenizarea, emulsionarea și suspendarea diferitelor substanțe, precum și accelerarea reacțiilor chimice, liza celulară și extragerea conținutului celular. Utilizarea echipamentelor sonochimice cu ultrasunete poate distruge selectiv anumite substanțe, poate scurta procesele de preparare obositoare și poate îmbunătăți randamentul multor reacții. Comparație cu echipamente de procesare mecanică, cum ar fi fabricile de bilă planetară, rotorii/statorii sau omogenizatorii GAP arată că echipamentele sonochimice cu ultrasunete funcționează cu o eficiență mai mare, în special posibilitatea de a face rezultate reproductibile. Tendința de analiză este că dimensiunea eșantionului este din ce în ce mai mică, iar utilizarea substanțelor chimice este, de asemenea, în scădere. De exemplu, în ultimii ani, utilizarea echipamentelor sonochimice cu ultrasunete a devenit crucială, deoarece chiar și cele mai mici dimensiuni de eșantion necesită o prelucrare rapidă, economică și reproductibilă.

 

 

Distrugerea celulelor și microorganismelor

 

În laboratoarele moderne, echipamentele sonochimice cu ultrasunete sunt utilizate pentru a descompune pereții celulari pentru a extrage conținutul celulelor, cum ar fi proteinele, fără a le deteriora. O porțiune din energia introdusă în suspensia celulară este transformată în căldură prin frecare. Pentru a evita deteriorarea termică a conținutului celular, proba este fie supusă periodic la un tratament cu ultrasunete intermitente sau răcit într -un recipient de răcire în timpul tratamentului cu ultrasunete. Iazul de trandafir poate trata uniform microorganismele cu ecografie, deoarece energia cu ultrasunete obligă eșantionul să circule în mod repetat sub sondă și pe întregul braț lateral. Plasată într -o baie de gheață, suprafața de sticlă se extinde și răcește efectiv conținutul.

 

Distrugerea membranelor celulare depinde în mare măsură de elasticitatea celulelor. Componentele celulare, cum ar fi mitocondriile sau citoplasma, pot fi parțial perturbate prin modificarea energiei cu ultrasunete de intrare și a puterii de extracție. Pentru bacteriile deosebit de rezistente la medicamente (cum ar fi Streptococcus), ciupercile, sporii, drojdia sau probele de țesut, distrugerea directă poate fi obținută cu amplitudini cu ultrasunete foarte ridicate folosind microtuburi, deoarece microtuburile pot introduce cantități foarte mari de energie în cea mai mică dimensiune a eșantionului.

 

Atunci când utilizați microlitri, spuma și stropirea în recipient sunt o problemă mai mare. Poate provoca pierderea materialelor de probă valoroase. Prin urmare, reglarea puterii este foarte importantă. Dacă doriți să distrugeți celulele cu pereți instabili, este necesară doar o cantitate mică de putere sau amplitudine. Pentru a se dizolva continuu în cantități mari, un recipient cu flux special din sticlă sau oțel inoxidabil cu o cameră cu ultrasunete este utilizat pentru a trata fiecare particulă a suspensiei cu aceeași rezistență. Dacă recipientul este echipat cu o geacă de răcire suplimentară, acesta poate elimina deteriorarea termică a conținutului celulei. Pentru a evita contaminarea cu particule străine, cum ar fi particulele de eroziune din sonde, tratamentul cu ultrasunete indirect este preferat în impulsurile cupei sau coarnele de cupă. Această metodă obține rezistență uniformă și răcire.

 

 

Aplicații în biochimie și medicină:

 

Distrugerea cultivării organizaționale

 

Componentele subcelulare și virușii au fost perturbate fără nicio deteriorare.

 

Testarea copilului părinte

 

Extrageți rapid hemoliza liberă a matricei din sângele EDTA al tatălui asumat pentru testarea paternității (reducerea timpului de preparare cu aproximativ 30 de minute).

 

Chirurgie de urologie

 

Analiza membranei biochimice a compoziției spermei.

 

Cercetare genetică

 

Extrage ADN -ul din materialele corpului uman.

 

Pregătirea lipozomului

 

Utilizarea ecografiei (20 kHz) pentru a descompune MLV (lipozomi multistrat) este principala metodă pentru producerea SLV (lipozomi monostrat).

 

Tratamentul vaccinului de la variolă

 

Pregătiți o soluție de infecție distribuită uniform.

 

Dispersat

 

Cu ajutorul energiei cu ultrasunete, particulele solide sau chiar lichidele pot fi dispersate într -un alt purtător. Pulberile de nano -scală, cum ar fi dioxidul de titan sau silice pirolitică, sunt utilizate din ce în ce mai mult la producerea de vopsele și acoperiri de testare sau pentru lustruirea suprafețelor corpurilor auto mici, datorită suprafeței lor specifice mari și creșterii continue a potențialului de reacție. În plus, aceste substanțe au o tendință nefavorabilă de agregare, ceea ce duce la scăderea fluidității și a umezibilității. Agglomeratele formate sunt perturbate de un omogenizator cu ultrasunete, iar dispersia este stabilizată permanent pentru a preveni aglomerarea.

În analiza mărimii particulelor, dispersia este crucială pentru procesul de măsurare. Particulele pot fi identificate numai în timpul procesului de măsurare și apar ca semnale de măsurare detectabile în zona de măsurare. Prin urmare, aglomeratele nedispersate duc la măsurători semnificative eronate. Cu ajutorul ecografiei, particulele sunt împărțite pentru a se pregăti pentru măsurători ulterioare.

Când se utilizează emulsionarea cu ultrasunete, două lichide imiscibile, cum ar fi uleiul și apa, sunt procesate în loțiune omogenă cvasi. În comparație cu metodele tradiționale care folosesc rotori, ecografia poate produce loțiune fin dispersată cu dimensiuni foarte mici a picăturilor și stabilitate foarte mare. Nici formarea de aglomerații sau clustere și nici așezarea picăturilor nu are loc. Când utilizați metode tradiționale, cum ar fi rotori sau agitatori, agitarea lentă duce adesea la separarea lichidului. Amestecarea prea rapidă poate provoca incluziuni aeriene nedorite. Omogenizatorii cu ultrasunete sunt utilizate în mod obișnuit în farmacii pentru producția de unguente la scară mică de înaltă calitate.

În viața noastră de zi cu zi, vom întâlni multe forme diferite de loțiune omogenizată cu ultrasunete, cum ar fi în produse cosmetice sau loțiune.

 

Omogenizare

 

Sfera de aplicare a tehnologiei cu omogenizare cu ultrasunete variază de la producerea de vopsele și lacuri până la omogenizarea probelor de ape uzate și de sol în scopuri analitice, apoi la prepararea eșantionului pentru analiza mărimii particulelor. În special pentru apele uzate industriale, acesta este verificat constant în laboratoarele de mediu pentru prezența metalelor grele, grăsimilor sau uleiurilor, pentru a lua măsuri imediate atunci când concentrația depășește standardul. Pentru rezultatele analizei reprezentative, este necesar să se transforme eșantionul de ape uzate într -o stare omogenă. Acest lucru se realizează prin omogenizare cu ultrasunete, cu o fiabilitate ridicată într -o perioadă foarte scurtă de timp.

Pentru a caracteriza potențialul de deșeuri și evaluarea poluanților a probelor de deșeuri, cum ar fi PAH (hidrocarburi aromatice policiclice), metale grele sau MKW (hidrocarburi de ulei mineral) în sol, extracția cu ultrasunete este utilizată ca proces de omogenizare rapidă ca metodă alternativă pentru că o metodă alternativă pentru eluție.

În agricultură, omogenizatorii cu ultrasunete sunt folosiți pentru prepararea eșantionului pentru a determina ulterior conținutul de THC în canabis și concentrația de PAH în alimentele vegetale (cum ar fi căpșunile) pe baza încărcării solului.

 

Omogenizatorii cu ultrasunete sunt adesea folosiți pentru controlul calității alimentelor. Pentru a îndeplini limita, conținutul de nitrați de brânză trebuie măsurat în laborator. Metoda anterioară de utilizare a distilației de xilenol metanol și fotometria ulterioară a fost foarte problematică în toxicologie și, în special, consumatoare de timp. Prin urmare, pentru a determina cantitativ conținutul de nitrați sau pentru a zdrobi mecanic brânza. Apoi, într -o perioadă scurtă de timp, ecografia a fost utilizată pentru a efectua o omogenizare densă și fină în celulele Rosebud. Mărimea particulelor realizabilă este mai mică de 1 μm și, din cauza absenței formării agregatelor, facilitează foarte mult filtrarea ulterioară la spălarea cantitativă a ionilor.