ما هي تطبيقات الكيمياء الموجات فوق الصوتية في الطب؟

 

يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية في الكيمياء لزيادة معدلات التفاعل وعائدات المنتج. غالبية تأثير الموجات فوق الصوتية على التفاعلات الكيميائية ناتجة عن التجويف: تشكيل وتمزق الفقاعات الصغيرة في المذيبات. في هذا الاستعراض ، نقدم أولاً نظرة عامة على الخلفية المادية للتجويف ونناقش اعتمادها على عوامل مثل شدة الصوت والتردد والمذيبات ودرجة الحرارة. يعتبر تأثير الموجات فوق الصوتية على التفاعلات الكيميائية لكل من أنظمة سائلة متجانسة وغير متجانسة. يتم توضيح الحقل الأول بشكل أساسي من خلال مناقشة تأثير الموجات فوق الصوتية على التفاعلات البلمرة وخلل البلمرة ، بينما يتم توضيح الحقل الثاني من خلال أمثلة مختارة في التوليف العضوي. ناقشنا أيضًا باختصار اتجاه تغيير الموجات فوق الصوتية لآلية التفاعل لدعم المسار المتجانس (بدلاً من غير متجانسة). يسمى التفضيل المحدد لمسار معين في ظل ظروف كيميائية سونوكيميائية ، يختلف عن المسار تحت التحريك الميكانيكي ، "التحويل الكيميائي". قارنت معدات الموجات فوق الصوتية المستخدمة في تجارب مقياس المختبر وقدمت بعض "التقنيات والفخاخ" العملية.

 

اضطراب الموجات فوق الصوتية وتحلل الخلايا

 

تستخدم المعدات الصخرية الصوتية بشكل أساسي لإعداد العينات وإنتاجها. وتشمل هذه الحقول بشكل خاص التجانس ، والاستحلاب ، وتعليق المواد المختلفة ، وكذلك تسريع التفاعلات الكيميائية ، تحلل الخلايا ، واستخراج محتويات الخلايا. يمكن أن يؤدي استخدام المعدات الصوتية الصوتية للموجات فوق الصوتية إلى تدمير مواد معينة بشكل انتقائي ، وتقصير عمليات التحضير الشاقة ، وتحسين عائد العديد من ردود الفعل. مقارنة مع معدات المعالجة الميكانيكية مثل مصانع الكرة الكوكبية ، الدوارات/stators ، أو متجانسة الفجوة توضح أن المعدات الونيخرية بالموجات فوق الصوتية تعمل بكفاءة أعلى ، وخاصة مما يجعل النتائج القابلة للتكرار ممكنة. اتجاه التحليل هو أن حجم العينة يصبح أصغر وأن استخدام المواد الكيميائية يتناقص أيضًا. على سبيل المثال ، في السنوات الأخيرة ، أصبح استخدام المعدات الكيميائية الصوتية بالموجات فوق الصوتية أمرًا بالغ الأهمية ، حيث أن أصغر أحجام العينة تتطلب معالجة سريعة واقتصادية وقابلة للتكرار.

 

 

تدمير الخلايا والكائنات الحية الدقيقة

 

في المختبرات الحديثة ، يتم استخدام المعدات الونيخرية بالموجات فوق الصوتية لتحطيم جدران الخلايا لاستخراج محتويات الخلايا ، مثل البروتينات ، دون إتلافها. يتم تحويل جزء من الطاقة المقدمة في تعليق الخلية إلى حرارة من خلال الاحتكاك. من أجل تجنب الأضرار الحرارية للمحتويات الخلوية ، تتعرض العينة إما للعلاج بالموجات فوق الصوتية المتقطعة بشكل دوري أو تبريد في حاوية تبريد أثناء العلاج بالموجات فوق الصوتية. يمكن أن تعالج بركة الورد بشكل موحد الكائنات الحية الدقيقة مع الموجات فوق الصوتية لأن الطاقة بالموجات فوق الصوتية تجبر العينة على الدوران مرارًا وتكرارًا تحت المجس وفي جميع أنحاء الذراع الجانبي. يتم وضع سطح الزجاج في حمام جليدي ، ويبرد بشكل فعال المحتويات.

 

يعتمد تدمير أغشية الخلايا إلى حد كبير على مرونة الخلايا. يمكن تعطيل المكونات الخلوية ، مثل الميتوكوندريا أو السيتوبلازم ، جزئيًا عن طريق تغيير الطاقة بالموجات فوق الصوتية ومدخلات الاستخراج. بالنسبة للبكتيريا المقاومة للمخدرات بشكل خاص (مثل المكورات العقدية) ، أو الفطريات ، أو الجراثيم ، أو الخميرة ، أو عينات الأنسجة ، يمكن تحقيق التدمير المباشر من خلال سعة عالية جدًا للموجات فوق الصوتية باستخدام الأنابيب الدقيقة ، حيث يمكن للأنابيب الدقيقة أن تدخل كميات كبيرة جدًا من الطاقة في أصغر حجم العينة.

 

عند استخدام microliters ، تعد الرغوة والبقع في الحاوية مشكلة أكبر. قد يسبب فقدان مواد عينة قيمة. لذلك ، تنظيم الطاقة مهم جدا. إذا كنت ترغب في تدمير الخلايا بجدران غير مستقرة ، فلا يلزم سوى كمية صغيرة من القوة أو السعة. من أجل الذوبان بشكل مستمر بكميات كبيرة ، يتم استخدام حاوية تدفق خاصة مصنوعة من الزجاج أو الفولاذ المقاوم للصدأ مع غرفة بالموجات فوق الصوتية لعلاج كل جسيم من التعليق بنفس القوة. إذا كانت الحاوية مزودة بسترة تبريد إضافية ، فيمكنها القضاء على الأضرار الحرارية لمحتويات الخلية. من أجل تجنب التلوث بواسطة الجزيئات الأجنبية ، مثل جزيئات التآكل من التحقيقات ، يفضل العلاج بالموجات فوق الصوتية غير المباشرة في معززات الكأس أو قرون الكوب. هذه الطريقة تحقق قوة موحدة والتبريد.

 

 

التطبيقات في الكيمياء الحيوية والطب:

 

تدمير الزراعة التنظيمية

 

تعطلت المكونات والفيروسات تحت الخلايا دون أي ضرر.

 

اختبار الطفل الوالد

 

استخرج سريعًا من انحلال الدم المصفوفة من دم الأب EDTA المفترض لاختبار الأبوة (تقليل وقت التحضير بحوالي 30 دقيقة).

 

جراحة المسالك البولية

 

تحليل الغشاء الكيميائي الحيوي لتكوين الحيوانات المنوية.

 

البحوث الوراثية

 

استخراج الحمض النووي من مواد جسم الإنسان.

 

إعداد الجسيمات الشحمية

 

يعد استخدام الموجات فوق الصوتية (20 كيلو هرتز) لتحليل MLV (الجسيمات الشحمية متعددة الطبقات) هي الطريقة الرئيسية لإنتاج SLV (الجسيمات الشحمية أحادية الطبقة).

 

علاج لقاح الجدري

 

إعداد حل العدوى الموزعة بشكل موحد.

 

منتشرة

 

بمساعدة الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، يمكن تفريق جزيئات صلبة أو حتى سوائل إلى شركة طيران أخرى. يتم استخدام مساحيق النانو ، مثل ثاني أكسيد التيتانيوم أو السيليكا الحرة ، بشكل متزايد في إنتاج دهانات الاختبار والطلاء ، أو لتلميع أسطح أجسام السيارات الصغيرة ، بسبب مساحة سطحها الكبيرة وزيادة إمكانية رد الفعل باستمرار. بالإضافة إلى ذلك ، فإن هذه المواد لديها ميل غير موات للتجميع ، مما يؤدي إلى انخفاض السيولة وقابلية التبلل. يتم تعطيل التكتلات التي تم تشكيلها بواسطة متجانسة بالموجات فوق الصوتية ويتم استقرار التشتت بشكل دائم لمنع إعادة التكتل.

في تحليل حجم الجسيمات ، يعد التشتت أمرًا بالغ الأهمية لعملية القياس. لا يمكن تحديد الجسيمات إلا أثناء عملية القياس وتظهر كإشارات قياس قابلة للاكتشاف في منطقة القياس. لذلك ، تؤدي التكتلات غير المنتشرة إلى قياسات خاطئة كبيرة. بمساعدة الموجات فوق الصوتية ، يتم تقسيم الجسيمات للتحضير للقياسات اللاحقة.

عند استخدام المستحلب بالموجات فوق الصوتية ، تتم معالجة سائلين غير قابلتين مثل الزيت والماء في غسول متجانس شبه. بالمقارنة مع الطرق التقليدية التي تستخدم الدوارات ، يمكن للموجات فوق الصوتية أن تنتج غسولًا مشتتًا بدقة مع حجم قطرات صغير جدًا واستقرار مرتفع للغاية. لا يحدث تكوين كتل أو مجموعات ولا تسوية القطرات. عند استخدام الطرق التقليدية مثل الدوارات أو التحريك ، يؤدي التحريك البطيء إلى فصل السائل. الخلط بسرعة كبيرة يمكن أن يسبب شوائب الهواء غير المرغوب فيها. تُستخدم متجانسات الموجات فوق الصوتية بشكل شائع في الصيدليات لإنتاج مرهم عالي الجودة من المراهم.

في حياتنا اليومية ، سنواجه العديد من أشكال الغسول المتجانسة بالموجات فوق الصوتية ، كما هو الحال في مستحضرات التجميل أو المستحضر.

 

التجانس

 

يتراوح نطاق تطبيق تقنية التجانس بالموجات فوق الصوتية من إنتاج الدهانات والورنيش إلى تجانس عينات مياه الصرف الصحي وعينات التربة للأغراض التحليلية ، ثم لتحضير العينات لتحليل حجم الجسيمات. خاصة بالنسبة للمياه الصادرة الصناعية ، يتم فحصها باستمرار في مختبرات البيئة لوجود المعادن الثقيلة أو الدهون أو الزيوت ، من أجل اتخاذ تدابير فورية عندما يتجاوز التركيز المعيار. بالنسبة لنتائج التحليل التمثيلي ، من الضروري تحويل عينة مياه الصرف الصحي إلى حالة متجانسة. يتم تحقيق ذلك من خلال التجانس بالموجات فوق الصوتية مع موثوقية عالية في فترة زمنية قصيرة جدًا.

من أجل توصيف إمكانات مدافن النفايات وتقييم الملوثات لعينات النفايات ، مثل PAH (الهيدروكربونات العطرية المتعددة الحلقات) ، أو المعادن الثقيلة ، أو MKW (هيدروكربونات الزيت المعدني) في التربة ، يتم استخدام الاستخراج بالموجات فوق الصوتية كعملية متجانسة سريعة كطريقة بديلة للتربة شطف.

في الزراعة ، يتم استخدام المتجانس بالموجات فوق الصوتية لإعداد العينة لتحديد محتوى THC لاحقًا في القنب وتركيز PAH في الأطعمة الخضرية (مثل الفراولة) بناءً على حمل التربة.

 

غالبًا ما تستخدم متجانسات الموجات فوق الصوتية لمراقبة جودة الطعام. من أجل تلبية الحد الأقصى ، يجب قياس محتوى نترات الجبن في المختبر. كانت الطريقة السابقة لاستخدام التقطير الميثانول الزيلانول والقياس الضوئي اللاحق مشكلة كبيرة في السموم وخاصة المستهلكة للوقت. لذلك ، من أجل تحديد محتوى النترات كمياً ، أو سحق الجبن ميكانيكيًا. بعد ذلك ، في فترة زمنية قصيرة ، تم استخدام الموجات فوق الصوتية لأداء التجانس الكثيف والرائع في خلايا Rosebud. حجم الجسيمات القابلة للتحقيق أقل من 1 م ، وبسبب عدم وجود تكوين إجمالي ، فإنه يسهل بشكل كبير الترشيح اللاحق لغسل أيونات كمياً.