Jaké jsou aplikace ultrazvukové sonochemie v medicíně?
Ultrazvukové lze použít v chemii ke zvýšení rychlosti reakce a výnosů produktů. Většina dopadu ultrazvuku na chemické reakce je způsobena kavitací: tvorba a prasknutí malých bublin v rozpouštědlech. V tomto přehledu nejprve poskytneme přehled o fyzickém pozadí kavitace a diskutujeme jeho závislost na faktorech, jako je intenzita zvuku a frekvence, rozpouštědlo a teplota. Vliv ultrazvuku na chemické reakce je považován za homogenní i heterogenní kapalina-pevné systémy. První pole je ilustrováno hlavně diskusí o vlivu ultrazvuku na polymerační a depolymerační reakce, zatímco druhé pole je ilustrováno vybranými příklady v organické syntéze. Stručně jsme také diskutovali o trendu ultrazvuku měnícího reakční mechanismus na podporu homogenní (spíše než heterogenní) dráhy. Specifická preference určité cesty za sochemických podmínek, odlišnou od cesty pod mechanickým mícháním, se nazývá „sonochemická konverze“. Porovnávají ultrazvukové zařízení používané pro experimenty s laboratorním měřítkem a poskytly některé praktické „techniky a pasti“.
Ultrazvukové narušení a lýza buněk
Ultrazvukové sonochemické vybavení se používá hlavně pro přípravu a výrobu vzorků. Tato pole zahrnují zejména homogenizaci, emulgaci a suspenzi různých látek, jakož i zrychlení chemických reakcí, buněčné lýzy a extrakci obsahu buněk. Použití ultrazvukového sonochemického vybavení může selektivně zničit určité látky, zkrátit únavné procesy přípravy a zlepšit výnos mnoha reakcí. Srovnání s mechanickým zpracovatelským zařízením, jako jsou planetární kuličky, rotory/statory nebo homogenizátory GAP, ukazuje, že ultrazvukové sonochemické vybavení pracuje s vyšší účinností, zejména umožňující reprodukovatelné výsledky. Trend analýzy je, že velikost vzorku se zmenšuje a používání chemikálií se také snižuje. Například v posledních letech se používání ultrazvukového sonochemického vybavení stalo rozhodujícím, protože i nejmenší velikosti vzorků vyžadují rychlé, ekonomické a reprodukovatelné zpracování.
Zničení buněk a mikroorganismů
V moderních laboratořích se ultrazvukové sonochemické vybavení používá k rozložení buněčných stěn k extrahování obsahu buněk, jako jsou proteiny, aniž by je poškodily. Část energie zavedené do buněčné suspenze je přeměněna na teplo třením. Aby se zabránilo tepelnému poškození buněčného obsahu, je vzorek buď vystaven pravidelnému přerušovanému ultrazvukovému ošetření, nebo se během ultrazvukového ošetření pravidelně vychladnou v chladicí nádobě. Růžový rybník může rovnoměrně léčit mikroorganismy ultrazvukem, protože ultrazvuková energie nutí vzorek, aby opakovaně cirkuloval pod sondou a přes boční rameno. Umístěn do ledové lázně se skleněný povrch rozšiřuje a efektivně ochlazuje obsah.
Zničení buněčných membrán do značné míry závisí na elasticitě buněk. Buněčné složky, jako je mitochondrie nebo cytoplazma, lze částečně narušit změnou vstupní ultrazvukové energie a extrakční síly. U bakterií rezistentních na léky (jako je Streptococcus), houby, spóry, kvasinky nebo vzorky tkáně lze dosáhnout přímého destrukce pomocí velmi vysokých ultrazvukových amplitud pomocí mikrotrubin, protože mikrotubičky mohou vložit velmi velké množství energie do nejmenší velikosti vzorku.
Při použití mikrolitrů je pěna a stříkající nádoba v kontejneru větším problémem. Může způsobit ztrátu cenných vzorkovacích materiálů. Regulace energie je proto velmi důležitá. Pokud chcete zničit buňky nestabilními stěnami, je zapotřebí jen malé množství energie nebo amplitudy. Aby se neustále rozpustila ve velkém množství, k léčbě každé částice suspenze se stejnou pevností používá speciální nádoba na sklenici nebo nerezovou ocel s ultrazvukovou komorou. Pokud je kontejner vybaven další chladicí bundou, může eliminovat tepelné poškození obsahu buňky. Aby se zabránilo kontaminaci cizími částicemi, jako jsou erozní částice z sond, je preferováno nepřímé ultrazvukové ošetření u posilovačů pohárů nebo pohárů rohů. Tato metoda dosahuje jednotné síly a chlazení.
Aplikace v biochemii a medicíně:
Zničení organizační kultivace
Subcelulární složky a viry byly narušeny bez poškození.
Testování rodičovského dítěte
Rychle extrahujte hemolýzu bez matrice z předpokládané otcovy krve EDTA pro testování otcovství (zkrácení doby přípravy přibližně o 30 minut).
Urologická chirurgie
Analýza biochemické membrány složení spermií.
Genetický výzkum
Extrahujte DNA z materiálů lidského těla.
Příprava liposomu
Použití ultrazvuku (20 kHz) k rozkladu MLV (vícevrstvé liposomy) je hlavní metodou pro výrobu SLV (monovrstvé liposomy).
Ošetření vakcíny proti neštovicím
Připravte rovnoměrně roztok infekce.
Rozptýlené
S pomocí ultrazvukové energie mohou být pevné částice nebo dokonce kapaliny rozptýleny do jiného nosiče. Při výrobě testovacích barev a povlaků nebo při leštění povrchů malých automobilů a neustále zvyšujícím se reakční potenciál se stále více používají prášky nanočástic, jako je oxid titaničitý nebo pyrolytický oxid křemičitý. Kromě toho mají tyto látky nepříznivou tendenci agregovat, což má za následek sníženou plynulost a smáčivost. Vytvořené aglomeráty jsou narušeny ultrazvukovým homogenizátorem a disperze je trvale stabilizována, aby se zabránilo RE aglomeraci.
Při analýze velikosti částic je disperze zásadní pro proces měření. Částice mohou být identifikovány pouze během procesu měření a objevují se jako detekovatelné signály měření v oblasti měření. Nepoddajné aglomeráty proto vedou k významným chybným měřením. S pomocí ultrazvuku jsou částice rozděleny na přípravu na následná měření.
Při použití ultrazvukové emulgace se do kvazi homogenního krénu zpracovávají dvě nemírné kapaliny, jako je olej a voda. Ve srovnání s tradičními metodami pomocí rotorů může ultrazvuk produkovat jemně rozptýlené krém s velmi malou velikostí kapiček a velmi vysokou stabilitou. Nevytváření shluků nebo shluků ani usazování kapiček se nevyskytuje. Při použití tradičních metod, jako jsou rotory nebo míchadlo, pomalé míchání často vede k separaci kapaliny. Míchání příliš rychle může způsobit nežádoucí inkluze vzduchu. Ultrazvukové homogenizátory se běžně používají ve lékárnách pro vysoce kvalitní malé produkci masti.
V našem každodenním životě se setkáme s mnoha různými formami ultrazvukového homogenizovaného krému, například v kosmetice nebo krém.
Homogenizace
Rozsah aplikace ultrazvukové homogenizace technologie se pohybuje od produkce barev a laků až po homogenizaci vzorků odpadních vod a půdy pro analytické účely a poté k přípravě na analýzu velikosti částic. Zejména u průmyslových odpadních vod je neustále kontrolován v environmentálních laboratořích na přítomnost těžkých kovů, tuků nebo olejů, aby přijala okamžitá opatření, když koncentrace překročí standard. Pro výsledky reprezentativní analýzy je nutné transformovat vzorek odpadních vod na homogenní stav. Toho je dosaženo prostřednictvím ultrazvukové homogenizace s vysokou spolehlivostí ve velmi krátkém časovém období.
Za účelem charakterizace potenciálu skládky a hodnocení znečišťujících látek vzorků odpadu, jako je PAH (polycyklické aromatické uhlovodíky), těžké kovy nebo MKW (uhlovodíky minerálního oleje) v půdě se ultrazvuková extrakce používá jako rychlá homogenizační proces jako alternativní metoda pro Eluce.
V zemědělství se ultrazvukové homogenizátory používají pro přípravu vzorku k následnému stanovení obsahu THC v konopí a koncentraci PAH v rostlinných potravinách (jako jsou jahody) na základě zatížení půdy.
Ultrazvukové homogenizátory se často používají pro kontrolu kvality potravin. Aby bylo možné splnit limit, musí být obsah dusičnanu měřen v laboratoři. Předchozí metoda použití destilace methanolu xylenolu a následné fotometrie byla velmi problematická v toxikologii a zvláště časově náročné. Proto za účelem kvantitativního stanovení obsahu dusičnanu nebo mechanicky předem rozdrtí sýr. Poté, v krátkém časovém období, byl ultrazvuk použit k provádění husté a jemné homogenizace v buňkách růže. Dosavatelná velikost částic je menší než 1 μm a vzhledem k nepřítomnosti tvorby agregátu výrazně usnadňuje následnou filtraci kvantitativně vymytí ionty.
