Care sunt aplicațiile sonochimiei cu ultrasunete în medicină?

Ecografia poate fi utilizată în chimie pentru a crește rata de reacție și randamentul 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 impactului 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 schimbă mecanismul de reacție pentru a sprijini calea omogenă (mai degrabă decât eterogenă). Preferința specifică pentru o cale specifică în condiții sonochimice este diferită de calea sub agitare mecanică și se numește „conversie sonochimică”. Am comparat echipamentele cu ultrasunete utilizate pentru experimente la scară de laborator și am oferit câteva sfaturi și capcane practice.

 

Fragmentarea cu ultrasunete și liza celulară

 

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, fragmentarea celulelor și extragerea conținutului celular. Utilizarea echipamentelor sonochimice cu ultrasunete poate distruge selectiv anumite substanțe, poate scurta procesul de preparare obositor 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 cea mai mică dimensiune a eșantionului necesită o prelucrare rapidă, economică și repetabilă.

 

Distrugerea celulelor și microorganismelor

 

În laboratoarele moderne, echipamentele sonochimice cu ultrasunete sunt utilizate pentru a distruge 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 celulei, eșantionul este fie supus periodic de tratament cu ultrasunete intermitente sau răcit într -un recipient de răcire în timpul tratamentului cu ultrasunete. Iazul de trandafir poate efectua un tratament cu ultrasunete uniform pe microorganisme, deoarece energia cu ultrasunete obligă eșantionul să circule în mod repetat sub sondă și pe întregul braț lateral. Plasat într -o baie de gheață, datorită expansiunii suprafeței de sticlă, poate răci eficient 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 (cum ar fi streptococii), ciupercile, sporii, drojdia sau eșantioanele de țesut, distrugerea directă poate fi obținută prin micro -sfaturi cu amplitudini cu ultrasunete foarte ridicate, deoarece micro -vârfurile pot introduce o cantitate foarte mare de energie în cea mai mică dimensiune a eșantionului eșantion .

 

Atunci când utilizați microlitri, spuma și stropirea în recipient sunt o problemă mai mare. Poate provoca pierderi valoroase de materiale de probă. 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 suplimentar cu o geacă de răcire, se poate exclude deteriorarea termică a conținutului celulei. Pentru a evita contaminarea din particule străine, cum ar fi particulele erozive din sondă, tratamentul cu ultrasunete indirect este preferat într -un rapel de cană sau corn de cupă. Această metodă obține rezistență uniformă și răcire.

 

Aplicații în biochimie și medicină:

 

1.. Distrugerea culturii organizaționale

Componentele și virusurile subcelulare sunt distruse fără nicio deteriorare.

2. Identificarea copilului părinte

Extrageți rapid substanțele hemolitice libere matriceale din sângele EDTA al tatălui asumat pentru identificarea părintelui copil (reducerea timpului de preparare cu aproximativ 30 de minute).

3. Urologie

Analiza membranei biochimice a componentelor spermatozoizilor.

4. Cercetare genetică

Extrage ADN -ul din materialele corpului uman.

5. Pregătirea lipidelor

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

6. 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 silica pirolizei, sunt utilizate din ce în ce mai mult în producerea și testarea vopselelor și vopselelor, precum și în lustruirea suprafețelor mici ale corpului mașinii, datorită suprafeței lor specifice mari și a potențialului de reacție în creștere. În plus, aceste substanțe au o tendință adversă spre agregare, ceea ce duce la scăderea fluidității și a umezibilității. Aglomeratele formate sunt distruse de omogenizator cu ultrasunete, iar dispersia este permanent stabilă pentru a preveni re -agregarea.

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 nedepersite duc la erori semnificative de măsurare. 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 mixere, agitarea lentă duce adesea la separarea lichidului. Amestecarea prea repede poate duce la 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

 

Domeniul de aplicare al tehnologiei cu omogenizare cu ultrasunete variază de la producerea de vopsea și lacuri la omogenizarea probelor de ape uzate și sol în scopuri analitice, apoi la prepararea eșantionării pentru analiza mărimii particulelor. În special pentru apele uzate industriale, este necesar să verificați continuu prezența metalelor grele, a grăsimilor sau a uleiurilor în laboratoarele de mediu 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 valorile limită, 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, omogenizarea densă și fină a fost efectuată în celulele nodului trandafir folosind ecografie. Mărimea particulelor realizabilă este mai mică de 1 μm și, deoarece formarea agregării nu are loc, promovează foarte mult filtrarea ulterioară la spălarea cantitativă a ionilor.