Kādi ir ultraskaņas sonoķīmijas pielietojumi medicīnā?
Ultraskaņu var izmantot ķīmijā, lai palielinātu reakcijas ātrumu un produktu ražu. Lielākā daļa ultraskaņas ietekmes uz ķīmiskajām reakcijām ir saistīta ar kavitāciju: mazu burbuļu veidošanās un plīsums šķīdinātājos. Šajā pārskatā mēs vispirms sniedzam pārskatu par kavitācijas fizisko fonu un apspriežam tā atkarību no tādiem faktoriem kā skaņas intensitāte un frekvence, šķīdinātājs un temperatūra. Ultraskaņas ietekme uz ķīmiskajām reakcijām tiek ņemta vērā gan viendabīgām, gan neviendabīgām šķidruma cietajām sistēmām. Pirmais lauks galvenokārt ir ilustrēts, apspriežot ultraskaņas ietekmi uz polimerizācijas un depolimerizācijas reakcijām, bet otro lauku ilustrē izvēlētie piemēri organiskajā sintēzē. Mēs arī īsi apspriedām tendenci, ka ultraskaņa maina reakcijas mehānismu, lai atbalstītu viendabīgu (nevis neviendabīgu) ceļu. Īpašo priekšroku noteiktam ceļam sonoķīmiskos apstākļos, kas atšķiras no ceļa, kas atrodas zem mehāniskās maisīšanas, tiek saukta par "sonoķīmisko konvertāciju". Salīdzināja ultraskaņas aprīkojumu, ko izmanto laboratorijas mēroga eksperimentiem, un sniedza dažus praktiskus "paņēmienus un slazdus".
Ultraskaņas traucējumi un šūnu līze
Ultraskaņas sonoķīmisko aprīkojumu galvenokārt izmanto paraugu sagatavošanai un ražošanai. Šie lauki īpaši ietver dažādu vielu homogenizāciju, emulģēšanu un suspensiju, kā arī ķīmisko reakciju paātrinājumu, šūnu lizēšanu un šūnu satura ekstrakciju. Ultraskaņas sonoķīmisko aprīkojuma izmantošana var selektīvi iznīcināt noteiktas vielas, saīsināt garlaicīgus sagatavošanas procesus un uzlabot daudzu reakciju ražu. Salīdzinājums ar mehānisko apstrādes aprīkojumu, piemēram, planētu lodīšu dzirnavām, rotoriem/stenoriem vai spraugas homogenizatoriem, parāda, ka ultraskaņas sonoķīmiskās iekārtas darbojas ar lielāku efektivitāti, īpaši padarot iespējamus reproducējamus rezultātus. Analīzes tendence ir tāda, ka parauga lielums kļūst mazāks un samazinās arī ķīmisko vielu izmantošana. Piemēram, pēdējos gados ultraskaņas sonoķīmisko aprīkojuma izmantošana ir kļuvusi būtiska, jo pat vismazākajiem paraugu lielumiem ir nepieciešama ātra, ekonomiska un reproducējama apstrāde.
Šūnu un mikroorganismu iznīcināšana
Mūsdienu laboratorijās ultraskaņas sonoķīmisko aprīkojumu izmanto, lai sadalītu šūnu sienas, lai iegūtu šūnu saturu, piemēram, olbaltumvielas, tos nesabojājot. Daļa no šūnas suspensijā ieviestās enerģijas tiek pārveidota par karstumu caur berzi. Lai izvairītos no šūnu satura termiskiem bojājumiem, paraugu vai nu tiek periodiska ultraskaņas apstrāde, vai arī ultraskaņas apstrādes laikā tiek atdzesēta dzesēšanas traukā. Rozes dīķis var vienādi ārstēt mikroorganismus ar ultraskaņu, jo ultraskaņas enerģija liek paraugam cirkulēt atkārtoti zem zondes un visā sānu grupā. Ievietojot ledus vannā, stikla virsma izplešas un efektīvi atdzesē saturu.
Šūnu membrānu iznīcināšana lielā mērā ir atkarīga no šūnu elastības. Šūnu komponentus, piemēram, mitohondrijus vai citoplazmu, var daļēji izjaukt, mainot ieejas ultraskaņas enerģiju un ekstrakcijas jaudu. Īpaši pret narkotikām izturīgām baktērijām (piemēram, Streptococcus), sēnītēm, sporām, rauga vai audu paraugiem tiešo iznīcināšanu var panākt ar ļoti lielām ultraskaņas amplitūdām, izmantojot mikrotuberus, jo mikrotubmas var ievadīt ļoti lielu enerģijas daudzumu mazākajā parauga lielumā.
Izmantojot mikroliterus, lielāka problēma ir putas un šļakatas konteinerā. Var izraisīt vērtīgu paraugu materiālu zaudēšanu. Tāpēc varas regulēšana ir ļoti svarīga. Ja vēlaties iznīcināt šūnas ar nestabilām sienām, ir nepieciešams tikai neliels jaudas vai amplitūdas daudzums. Lai nepārtraukti izšķīdinātu lielos daudzumos, katras suspensijas daļiņas apstrādei ar tādu pašu stiprību tiek izmantots īpašs plūsmas konteiners, kas izgatavots no stikla vai nerūsējošā tērauda ar ultraskaņas kameru. Ja konteiners ir aprīkots ar papildu dzesēšanas jaku, tas var novērst šūnas satura termiskos bojājumus. Lai izvairītos no svešu daļiņu piesārņojuma, piemēram, zondes erozijas daļiņām, CUP pastiprinātājiem vai kausa ragiem dod priekšroku netiešai ultraskaņas apstrādei. Šī metode sasniedz vienmērīgu izturību un dzesēšanu.
Pieteikumi bioķīmijā un medicīnā:
Organizācijas audzēšanas iznīcināšana
Subcelulārie komponenti un vīrusi tika izjaukti bez bojājumiem.
Vecāku bērnu pārbaude
Ātri ekstrahē matricu, kas nesatur hemolīzi no pieņemtā tēva EDTA asinīm paternitātes pārbaudei (samazinot sagatavošanas laiku par aptuveni 30 minūtēm).
Uroloģijas operācija
Spermas sastāva bioķīmiskā membrānas analīze.
Ģenētiskais pētījums
Ekstrakta DNS no cilvēka ķermeņa materiāliem.
Liposomu sagatavošana
Ultraskaņas (20 kHz) izmantošana, lai sadalītu MLV (daudzslāņu liposomas), ir galvenā SLV (vienslāņu liposomu) ražošanas metode.
Bakas vakcīnas ārstēšana
Sagatavojiet vienmērīgi sadalītu infekcijas šķīdumu.
Izkliedēts
Ar ultraskaņas enerģijas palīdzību cietās daļiņas vai pat šķidrumi var izkliedēt citā nesēja. Nanomēroga pulveri, piemēram, titāna dioksīds vai pirolītiskais silīcija dioksīds, arvien vairāk tiek izmantoti testa krāsu un pārklājumu ražošanā vai mazu auto virsmu virsmām, sakarā ar to lielo specifisko virsmas laukumu un nepārtraukti palielinot reakcijas potenciālu. Turklāt šīm vielām ir nelabvēlīga tendence uz agregātu, kā rezultātā samazinās plūstamība un mitrums. Izveidotos aglomerātus izjauc ultraskaņas homogenizators, un izkliede tiek pastāvīgi stabilizēta, lai novērstu atkārtotu aglomerāciju.
Daļiņu lieluma analīzē izkliede ir būtiska mērīšanas procesā. Daļiņas var identificēt tikai mērīšanas procesā un parādīties kā nosakāmi mērījumu signāli mērīšanas apgabalā. Tāpēc neizdalīti aglomerāti noved pie ievērojamiem kļūdainiem mērījumiem. Ar ultraskaņas palīdzību daļiņas tiek sadalītas, lai sagatavotos nākamajiem mērījumiem.
Ja tiek izmantota ultraskaņas emulģēšana, divus nenozīmīgus šķidrumus, piemēram, eļļu un ūdeni, tiek apstrādāti kvazi viendabīgā losjonā. Salīdzinot ar tradicionālajām metodēm, izmantojot rotorus, ultraskaņa var radīt smalki izkliedētu losjonu ar ļoti mazu pilienu izmēru un ļoti augstu stabilitāti. Notiek ne salipumu, ne kopu veidošanās, ne pilienu novietošana. Izmantojot tradicionālās metodes, piemēram, rotorus vai maisītājus, lēna maisīšana bieži izraisa šķidruma atdalīšanu. Pārāk ātri sajaukšana var izraisīt nevēlamus gaisa ieslēgumus. Ultraskaņas homogenizatorus parasti izmanto aptiekās augstas kvalitātes maza mēroga ziežu ražošanai.
Ikdienas dzīvē mēs sastapsimies ar daudzām dažādām ultraskaņas homogenizētā losjona formām, piemēram, kosmētikā vai losjonā.
Homogenizācija
Ultraskaņas homogenizācijas tehnoloģijas pielietojuma apjoms svārstās no krāsu un laku ražošanas līdz notekūdeņu un augsnes paraugu homogenizācijai analītiskiem mērķiem un pēc tam paraugu sagatavošanai daļiņu lieluma analīzei. Īpaši rūpnieciskiem notekūdeņiem tas tiek pastāvīgi pārbaudīts vides laboratorijās, lai iegūtu smago metālu, tauku vai eļļu klātbūtni, lai veiktu tūlītējus pasākumus, kad koncentrācija pārsniedz standartu. Reprezentatīvu analīzes rezultātiem ir nepieciešams pārveidot notekūdeņu paraugu viendabīgā stāvoklī. Tas tiek panākts ar ultraskaņas homogenizāciju ar augstu uzticamību ļoti īsā laika posmā.
Lai raksturotu atkritumu paraugu, piemēram, PAH (policiklisko aromātisko ogļūdeņražu), smago metālu vai MKW (minerāleļļu ogļūdeņražu) augsnes, ultraskaņas ekstrakciju kā ātru homogenizācijas procesu kā alternatīvu metodi kā alternatīvu metodi tiek izmantots augsnes, ultraskaņas ekstrakcija tiek izmantota kā alternatīva metode augsnes. eluācija.
Lauksaimniecībā paraugu sagatavošanai izmanto ultraskaņas homogenizatorus, lai vēlāk noteiktu THC saturu kaņepēs un PAH koncentrāciju dārzeņu pārtikas produktos (piemēram, zemenes), pamatojoties uz augsnes slodzi.
Ultraskaņas homogenizatorus bieži izmanto pārtikas kvalitātes kontrolei. Lai sasniegtu robežu, laboratorijā jānovērtē nitrātu saturs sierā. Iepriekšējā ksilenola metanola destilācijas un sekojošās fotometrijas izmantošanas metode bija ļoti problemātiska toksikoloģijā un īpaši laikietilpīga. Tāpēc, lai kvantitatīvi noteiktu nitrātu saturu vai mehāniski iepriekš sasmalcinātu sieru. Pēc tam īsā laika posmā ultraskaņa tika izmantota, lai veiktu blīvu un smalku homogenizāciju rožubuda šūnās. Sasniedzamais daļiņu lielums ir mazāks par 1 μm, un, tā kā nav apkopota veidošanās, tas ievērojami atvieglo turpmāko filtrāciju, lai kvantitatīvi mazgātu jonus.
