Může být ultrazvuk použit pro mikrobiální sterilizaci?

Ano, ultrazvukovou technologii lze použít ke sterilizaci mikroorganismů. Ultrazvuková technologie má širokou škálu aplikací v oblasti mikrobiologie, včetně použití ultrazvukových vln k zabíjení a sterilizaci mikroorganismů.

Ultrazvukové vlny generují vysokofrekvenční vibrační vlny v kapalinách, což vede k intenzivním fyzikálním účinkům, jako je kavitace, vířivé proudy a rezonanční efekty. Tyto účinky mohou způsobit prasknutí buněčných membrán mikroorganismů, poškození buněčných struktur a buněčnou smrt.

V praktických aplikacích se ultrazvuková technologie obvykle používá ve spojení s vhodnými dezinfekčními prostředky nebo sterilizačními roztoky pro zvýšení účinnosti sterilizace. Ultrazvukové vlny mohou pomoci dezinfekčním prostředkům pronikat do buněk mikroorganismů efektivněji, urychlit destrukci a smrt buněk.

Proto je ultrazvuková technologie široce používána v mikrobiologii napříč různými obory, včetně inaktivace bakterií v laboratořích, dezinfekce a čištění lékařských nástrojů, mikrobiální kontroly v potravinářském průmyslu a dalších. Správným použitím ultrazvukové technologie lze účinně provádět operace sterilizace a hubení mikrobů.

Ultrazvukový systém ošetření se osvědčil při zabíjení bakterií, planktonu a větších organismů. Ultrazvuková kavitace při úpravě balastní vody je mechanicko-fyzikální metoda úpravy, která se vyhýbá přidávání jakýchkoli drahých aktivních chemických látek do balastní vody. Tím je zajištěno, že nedojde ke znečištění životního prostředí při dosažení vysokého biologického účinku při ničení a deaktivaci organismů a mikroorganismů v balastní vodě.

Pozadí:
Když lodě nemají plný náklad, je potřeba zátěž pro udržení jejich stability a bezpečnosti. Voda se běžně používá jako balast, ale když se shromažďuje z jejího zdroje, do vody se dostávají různé organismy, typicky zahrnující planktonní společenstva. Tyto organismy mohou být zavlečeny do nového ekosystému v místě určení, což může způsobit zbytečné biologické znečištění. Aby se zabránilo této potenciální kontaminaci, musí být k úpravě balastní vody použit účinný dezinfekční systém.

Invazivní šíření vodních organismů bylo Globálním fondem pro životní prostředí (GEF) označeno za jednu ze čtyř hlavních hrozeb, kterým oceány čelí. To může mít mimořádně vážné dopady na životní prostředí, ekonomiku a veřejné zdraví. Aby se zabránilo zavlečení škodlivých měkkýšů (jako jsou zebřičky, asijské škeble atd.), lze použít různé způsoby sterilizace balastní vody (známé také jako dezinfekce nebo neutralizace). Běžná metoda čištění zahrnuje chemické čištění balastní vody, ale použité chemikálie jsou škodlivé pro životní prostředí a jsou nákladné. S přibývajícími předpisy o zákonech o hospodaření s balastní vodou lodě integrují různé metody úpravy balastní vody, jako je ultrazvuková dezinfekce, aby vyhověly předpisům.

Ultrazvuková tlaková sterilizace vodou

Ultrazvuková tlaková úprava vody je mechanicko-fyzikální metoda, která se vyhýbá použití škodlivých a drahých chemikálií. Kavitační síla může zabíjet malé vodní organismy a mikroorganismy. Některé studie ukázaly, že ultrazvukové vlny mají vysoký biologický účinek na zebřičky, háďátka, bakterie a viry.

Ultrazvuková kavitační dezinfekce
Vysoce výkonné ultrazvukové vlny vytvářejí kavitační bubliny v kapalině, což vede ke vzniku intenzivních smykových sil a vysokého napětí. Když se intenzivní ultrazvukové vlny spojí s kapalinou, zvukové vlny se šíří do kapalného média a způsobí střídavé cykly vysokého a nízkého tlaku v závislosti na frekvenci. Během nízkotlakých cyklů (fáze rarefakce) vytvářejí ultrazvukové vlny vysoké intenzity malé vakuové bubliny nebo mezery v kapalině. Když bubliny dosáhnou objemu, kdy již nemohou absorbovat energii, prudce se zhroutí během vysokotlakých cyklů (fáze komprese). Tento jev je známý jako kavitace. Během imploze je dosaženo lokalizovaných velmi vysokých teplot (kolem 5 000 K) a tlaků (kolem 2 000 atm). Imploze kavitačních bublin má rovněž za následek rychlost proudění kapaliny až 280 m/s.

Tato tvorba a kolaps vysokoenergetických bublin má za následek hydrodynamické smykové síly a ultrazvukové oscilace, které narušují buněčné stěny organismů a účinně je zabíjejí. Dopad ultrazvukem podporovaných technik na životní prostředí v současnosti nemá žádné známé ani předpokládané environmentální problémy.

Biologické účinky ultrazvukových vln
Některé studie ukázaly, že ultrazvukové vlny mohou účinně ovlivnit viry a bakterie. Dezinfekční studie s použitím ultrazvukových zařízení s průtokem 100 gpm (galonů za minutu), což odpovídá 23 m3/h, prokázaly snížení o 7 log u polioviru (<5μm), snížení o 6–7 log u bakterií Cryptosporidium. 100% úmrtnosti bylo dosaženo u háďátek (Ascaris) (8-10μm) a měkkýšů, mušlí zebřiček (70μm). V průtokovém systému 600 gpm byla úmrtnost mušlí stejná.

Míra inaktivace velkých organismů dosáhla 100 %, zatímco míra inaktivace bakterií a virů se snížila o 6-7 log. Při vystavení experimentálnímu kontinuálnímu průtokovému systému po dobu 20 sekund byla rychlost inaktivace oocyst Cryptosporidium 93-98,6 %, s poklesem po 10 sekundách (4 log) v experimentálním vsádkovém reaktoru. Míry inaktivace byly také hlášeny pro Cryptosporidium (7 log), životaschopná vajíčka červů (4,2 log), poliovirus (8 log), Salmonella (9 log) a E. coli (9 log).

Snížení o 2 log znamená, že 99 % organismů původně přítomných ve vodě bylo inaktivováno. Snížení o 3 log znamená, že 99,9 % bylo deaktivováno a tak dále.

Zpracovací kapacita ultrazvukových systémů závisí také na výstupním výkonu. Ultrazvuková zařízení s vysokým výkonem/vysokou intenzitou vyžadují kratší dobu expozice pro inaktivaci, což umožňuje zpracování vyšších průtoků. Tento ultrazvukový systém lze použít pro natlakování a odtlakování.

Výhody ultrazvukové tlakové úpravy vody

· Bez chemikálií

· Šetrné k životnímu prostředí

· Efektivní

· Synergické účinky

· Nízká údržba

· Bezpečné a snadné ovládání

· Robustní a spolehlivý

· Škálovatelné na libovolnou velikost

Výzkum technologií kombinované úpravy ukazuje, že ultrazvuk je vysoce synergický, když se používá ve spojení s jinými metodami dezinfekce tlakové vody (jako je ozón, chlorace, UV záření, teplota nebo vysoký tlak). Díky snadné instalaci a nízkým prostorovým nárokům se ultrazvukové zařízení dobře hodí pro modernizaci a vylepšení stávajících systémů úpravy tlakové vody.