Mitkä ovat ultraääni -sonokemian sovellukset lääketieteessä?

Ultraääntä voidaan käyttää kemiassa reaktionopeuden ja tuotteen saannon lisäämiseksi. Suurin osa ultraäänen vaikutuksista kemiallisiin reaktioihin johtuu kavitaatiosta: pienten kuplien muodostuminen ja repeämä liuottimissa. Tässä katsauksessa tarjoamme ensin yleiskuvan kavitaation fyysisestä taustasta ja keskustelemme sen riippuvuudesta tekijöistä, kuten äänenvoimakkuudesta ja taajuudesta, liuottimesta ja lämpötilasta. Ultraäänen vaikutusta kemiallisiin reaktioihin tarkastellaan sekä homogeenisiin että heterogeenisiin neste-kiinteisiin järjestelmiin. Ensimmäistä kenttää havainnollistetaan pääasiassa keskustelemalla ultraäänen vaikutuksista polymerointi- ja depolymerointireaktioihin, kun taas toista kenttää havainnollistetaan valituilla esimerkeillä orgaanisessa synteesissä. Keskustelimme myös lyhyesti suuntauksesta ultraäänen muuttamiseen reaktiomekanismia tukemaan homogeenista (eikä heterogeenistä) reittiä. Erityisen tietyn polun mieltymyksen sonokemiallisissa olosuhteissa on erilainen kuin mekaanisen sekoittamisen puitteissa, ja sitä kutsutaan "sonokemialliseksi muuntamiseksi". Vertailimme laboratoriokaavakokeisiin käytettyjä ultraäänilaitteita ja tarjottiin joitain käytännöllisiä vinkkejä ja ansoja.

 

Ultraääni pirstoutuminen ja solujen hajoaminen

 

Ultraäänisonokemiallisia laitteita käytetään pääasiassa näytteiden valmistukseen ja tuotantoon. Nämä kentät sisältävät erityisesti eri aineiden homogenisoinnin, emulgointi ja suspension sekä kemiallisten reaktioiden kiihtymisen, solujen pirstoutumisen ja solujen sisällön uuttamisen. Ultraäänien sonokemiallisten laitteiden käyttö voi tuhota selektiivisesti tiettyjä aineita, lyhentää tylsistä valmistusprosessia ja parantaa monien reaktioiden satoa. Vertailu mekaanisiin prosessointilaitteisiin, kuten planeettapallomyllyt, roottorit/statorit tai aukkojen homogenisaattorit, osoittaa, että ultraääni -sonokemialliset laitteet toimivat suuremmalla tehokkuudella, etenkin toistettavien tulosten mahdollistaminen. Analyysin suuntaus on, että näytteen koko pienenee ja myös kemikaalien käyttö pienenee. Esimerkiksi viime vuosina ultraäänien sonokemiallisten laitteiden käytöstä on tullut ratkaisevan tärkeää, koska pienin näytteen koko vaatii nopeaa, taloudellista ja toistettavaa prosessointia.

 

Solujen ja mikro -organismien tuhoaminen

 

Nykyaikaisissa laboratorioissa ultraääni -sonokemiallisia laitteita käytetään tuhoamaan soluseinät solujen sisällön, kuten proteiinien, poistamiseen vahingoittamatta niitä. Solususpensioon tuodun energian osa muuttuu lämpöksi kitkan kautta. Solun sisällön lämpövaurioiden välttämiseksi näyte joko altistetaan ajoittainen ultraäänikäsittely säännöllisesti tai jäähdytetään jäähdytysastiassa ultraäänikäsittelyn aikana. Rose -lampi voi suorittaa yhtenäisen ultraäänihoidon mikro -organismeissa, kun ultraäänienergia pakottaa näytteen kiertämään toistuvasti koettimen alapuolella ja koko sivuvarteen. Lasipinnan laajenemisen vuoksi asetettu jäähauteeseen se voi jäähdyttää sisältöä tehokkaasti.

Solukalvojen tuhoaminen riippuu suurelta osin solujen joustavuudesta. Solukomponentit, kuten mitokondriat tai sytoplasma, voidaan osittain häiritä muuttamalla syöttöä ultraäänenergiaa ja uuttotehoa. Erityisen kestävien bakteerien (kuten streptokokkien), sienten, itiöiden, hiivan tai kudosnäytteiden suoran tuhoamisen avulla voidaan saavuttaa mikrovinkkien avulla erittäin korkeat ultraääni -amplitudit, koska mikrovinkit voivat syöttää erittäin suuren määrän energiaa pienimpiin otoskokoihin .

 

Kun käytät mikrolitroja, vaahto ja roiske astiassa ovat suurempi ongelma. Voi aiheuttaa arvokkaan näytteen materiaalien menettämisen. Siksi vallansäätely on erittäin tärkeä. Jos haluat tuhota solut epävakaalla seinämillä, tarvitaan vain pieni määrä tehoa tai amplitudia. Jatkuvan määrien liuottamiseksi jatkuvasti lasista tai ruostumattomasta teräksestä valmistettua virtausastiaa ultraäänikammiolla käytetään suspension jokaisen hiukkasen käsittelemiseksi samalla lujuudella. Jos säiliö on lisäksi varustettu jäähdytystakkilla, solun sisällön lämpövaurioita voidaan sulkea pois. Vierashiukkasten saastumisen, kuten koettimen eroosiohiukkasten, välttämiseksi epäsuora ultraäänikäsittely on suositeltava kuppivahvistimessa tai kupin sarvessa. Tämä menetelmä saavuttaa tasaisen lujuuden ja jäähdytyksen.

 

Sovellukset biokemiassa ja lääketieteessä:

 

1. Organisaatiokulttuurin tuhoaminen

Solunsisäiset komponentit ja virukset tuhoutuvat ilman vaurioita.

2. Vanhempien lapsen tunnistaminen

Uuteta nopeasti matriisivapaat hemolyyttiset aineet oletetun isän EDTA-verestä vanhempien ja lapsen tunnistamiseksi (vähentämällä valmisteluaikaa noin 30 minuuttia).

3. Urologia

Spermakomponenttien biokemiallinen kalvoanalyysi.

4. geneettinen tutkimus

Uute DNA ihmisen kehon materiaaleista.

5. Lipidien valmistelu

Ultraäänen (20 kHz) käyttö MLV: n (monikerroksisten liposomien) hajoamiseen on päämenetelmä SLV: n (yksikerroksisten liposomien) tuottamiseksi.

6. isorokkorokotteen käsittely

Valmista tasaisesti hajautettu infektioliuos.

 

Hajaantunut

Ultraäänienergian avulla kiinteät hiukkaset tai jopa nesteet voidaan dispergoitua toiseen kantolaitteeseen. Nanomittakaavan jauheita, kuten titaanidioksidia tai pyrolyysi piidioksidia, käytetään yhä enemmän maalien ja maalien tuotannossa ja testaamisessa, samoin kuin pienten autojen rungon pintojen kiillotuksessa niiden suuren spesifisen pinta -alan ja reaktiopotentiaalin lisääntymisen vuoksi. Lisäksi näillä aineilla on haitallinen taipumus aggregaatioon, mikä johtaa vähentyneeseen juoksevuuteen ja kostutettavuuteen. Muodostuneet agglomeraatit tuhoutuvat ultraäänihomogenisaattorilla ja dispersio on pysyvästi stabiili uudelleen aggregaation estämiseksi.

Hiukkaskoonalyysissä dispersio on ratkaisevan tärkeä mittausprosessille. Hiukkaset voidaan tunnistaa vain mittausprosessin aikana, ja ne näyttävät havaittavissa olevina mittaussignaaleina mittausalueella. Siksi alpomattomat agglomeraatit johtavat merkittäviin mittausvirheisiin. Ultraäänen avulla hiukkaset on jaettu jakamiseen seuraaviin mittauksiin.

Kun ultraäänimulsiota käytetään, kaksi sekoittumatonta nestettä, kuten öljyä ja vettä, prosessoidaan lähes homogeeniseen voidetta. Verrattuna roottoreita käyttäviin perinteisiin menetelmiin, ultraääni voi tuottaa hienoksi dispergoitua voidetta erittäin pienellä pisaran koolla ja erittäin korkealla stabiilisuudella. Klumpujen tai klustereiden muodostumista eikä pisaroiden laskeutumista ei tapahdu. Kun käytetään perinteisiä menetelmiä, kuten roottoreita tai sekoittimia, hidas sekoittaminen johtaa usein nestemäiseen erotukseen. Liian nopeasti sekoittaminen voi johtaa ei -toivottuihin ilman sulkeumiin. Ultraäänihomogenaattoreita käytetään yleisesti apteekkeissa voiteiden korkealaatuiseen pienimuotoiseen tuotantoon.

Jokapäiväisessä elämässämme kohtaamme monia erilaisia ​​ultraäänihomogenisoidun voidetta, kuten kosmetiikkaa tai voidetta.

Homogenointi

 

Ultraäänihomogenointiteknologian levitysalue vaihtelee maalin ja laman tuotannosta jäteveden ja maaperän näytteiden homogenisointiin analyyttisiä tarkoituksia varten ja sitten näytteen valmistukseen hiukkaskokoanalyysiä varten. Erityisesti teollisuusjätevedet on tarpeen tarkistaa jatkuvasti raskasmetallien, rasvojen tai öljyjen esiintyminen ympäristölaboratorioissa välittömien toimenpiteiden toteuttamiseksi, kun pitoisuus ylittää standardin. Edustavien analyysitulosten saavuttamiseksi on tarpeen muuntaa jätevesinäyte homogeeniseksi tilaksi. Tämä saavutetaan ultraäänihomogenisoinnin avulla, jolla on korkea luotettavuus hyvin lyhyessä ajassa.

Jätenäytteiden, kuten PAH: n (poltisyklisten aromaattisten hiilivetyjen), raskasmetallien tai MKW: n (mineraaliöljyhiilivedyt), karakterisoimiseksi maaperässä käytetään maaperässä, ultraääniuuttoa käytetään nopeana homogenointiprosessina vaihtoehtoisena menetelmänä varten eluointi.

Maataloudessa ultraäänihomogenisaattoreita käytetään näytteen valmistukseen myöhemmin kannabiksen THC -pitoisuuden määrittämiseksi ja PAH -pitoisuuden kasvisruoissa (kuten mansikoilla) maaperän kuormituksen perusteella.

Ultraäänihomogenaattoreita käytetään usein elintarvikkeiden laadunvalvontaan. Raja -arvojen täyttämiseksi juuston nitraattipitoisuus on mitattava laboratoriossa. Aikaisempi menetelmä ksylenolimetanolin tislauksen ja sitä seuraavan fotometrian käytöstä oli erittäin ongelmallista toksikologiassa ja erityisesti aikaa vievässä. Siksi nitraattipitoisuuden määrittämiseksi kvantitatiivisesti tai murskaamaan juusto mekaanisesti. Sitten, lyhyessä ajassa, tiheä ja hieno homogenointi suoritettiin ruusun solmusoluissa ultraäänellä. Saavutettavissa oleva hiukkaskoko on alle 1 μm, ja koska aggregaation muodostumista ei tapahdu, se edistää suuresti myöhempää suodatusta ionien kvantitatiiviseksi pesemiseksi.