Kan ultralyd bruges til mikrobiel sterilisering?

Ja, ultralydsteknologi kan anvendes til at sterilisere mikroorganismer. Ultralydsteknologi har en bred vifte af anvendelser inden for mikrobiologi, herunder brug af ultralydsbølger til at dræbe og sterilisere mikroorganismer.

Ultralydsbølger genererer højfrekvente vibrationsbølger i væsker, hvilket fører til intense fysiske effekter såsom kavitation, hvirvelstrømme og resonanseffekter. Disse effekter kan få mikroorganismers cellemembraner til at briste, beskadige cellestrukturer og resultere i celledød.

I praktiske applikationer bruges ultralydsteknologi typisk i forbindelse med passende desinfektionsmidler eller steriliseringsopløsninger for at øge steriliseringseffektiviteten. Ultralydsbølger kan hjælpe desinfektionsmidler til at trænge ind i mikroorganismeceller mere effektivt og fremskynde celleødelæggelse og død.

Derfor er ultralydsteknologi meget brugt i mikrobiologi på tværs af forskellige områder, herunder bakteriel inaktivering i laboratorier, desinfektion og rengøring af medicinske instrumenter, mikrobiel kontrol i fødevareindustrien, med mere. Gennem korrekt brug af ultralydsteknologi kan effektiv sterilisering og mikrobiel drab udføres effektivt.

Ultralydsbehandlingssystemet har vist sig effektivt til at dræbe bakterier, plankton og større organismer. Ultralydskavitation ved ballastvandbehandling er en mekanisk/fysisk behandlingsmetode, der undgår tilsætning af dyre aktive kemiske stoffer til ballastvand. Dette sikrer, at miljøet ikke forurenes, samtidig med at der opnås en høj biologisk effekt ved at ødelægge og deaktivere organismer og mikroorganismer i ballastvand.

Baggrund:
Når skibe ikke har fuld last, er ballast nødvendig for at bevare deres stabilitet og sikkerhed. Vand bruges almindeligvis som ballast, men når det opsamles fra dets kilde, kommer en række organismer ind i vandet, typisk omfattende planktonsamfund. Disse organismer kan blive introduceret til et nyt økosystem på destinationen, hvilket potentielt kan forårsage unødvendig biologisk forurening. For at forhindre denne potentielle forurening skal der anvendes et effektivt desinfektionssystem til at behandle ballastvand.

Den invasive spredning af akvatiske organismer er blevet identificeret af Global Environment Facility (GEF) som en af ​​de fire store trusler, som havene står over for. Dette kan have ekstremt alvorlige konsekvenser for miljøet, økonomien og folkesundheden. For at undgå introduktion af skadelige bløddyr (såsom zebramuslinger, asiatiske muslinger osv.), kan der anvendes forskellige ballastvandsteriliseringsbehandlinger (også kendt som desinfektion eller neutralisering). En almindelig behandlingsmetode går ud på at rense ballastvand kemisk, men de anvendte kemikalier er miljøskadelige og dyre. Med de stigende regler om ballastvandsforvaltningslove integrerer skibe forskellige ballastvandbehandlingsmetoder såsom ultralydsdesinfektion for at overholde reglerne.

Ultralydssterilisering under tryk

Ultralydsbehandling af trykvand er en mekanisk/fysisk metode, der undgår brug af skadelige og dyre kemikalier. Kavitationskraft kan dræbe små vandlevende organismer og mikroorganismer. Nogle undersøgelser har vist, at ultralydsbølger har en høj biologisk effekt på zebramuslinger, nematoder, bakterier og vira.

Ultralydskavitationsdesinfektion
Ultralydsbølger med høj effekt genererer kavitationsbobler i væske, hvilket fører til generering af intense forskydningskræfter og høje spændinger. Når intense ultralydsbølger kobles ind i væsken, forplanter lydbølgerne sig ind i det flydende medium, hvilket forårsager skiftende cyklusser med højt tryk og lavt tryk, afhængigt af frekvensen. Under lavtrykscyklusserne (sjældenhedsfasen) skaber ultralydsbølger med høj intensitet små vakuumbobler eller huller i væsken. Når boblerne når et volumen, hvor de ikke længere kan optage energi, kollapser de voldsomt under højtrykscyklusserne (kompressionsfasen). Dette fænomen er kendt som kavitation. Under implosion nås lokaliserede meget høje temperaturer (omkring 5.000K) og tryk (omkring 2.000 atm). Implosionen af ​​kavitationsbobler resulterer også i væskestrålehastigheder på op til 280m/s.

Denne højenergiboblegenerering og kollaps resulterer i hydrodynamiske forskydningskræfter og ultralydsoscillationer, der forstyrrer organismers cellevægge og dræber dem effektivt. Miljøpåvirkningen af ​​ultralydsassisterede teknikker har i øjeblikket ingen kendte eller forventede miljøproblemer.

Biologiske effekter af ultralydsbølger
Nogle undersøgelser har vist, at ultralydsbølger effektivt kan påvirke vira og bakterier. Desinfektionsundersøgelser med ultralydsudstyr med et flowvolumen på 100 gpm (gallons per minut), svarende til 23 m3/h, viste en reduktion på 7 log for poliovirus (<5μm), en reduktion på 6-7 log for Cryptosporidium-bakterier. En dødelighed på 100 % blev opnået med nematoder (Ascaris) (8-10μm) og bløddyr zebramuslinger (70μm). I et 600 gpm flowsystem var dødeligheden for zebramuslinger den samme.

Inaktiveringsraten for store organismer nåede 100 %, mens inaktiveringsraten for bakterier og vira faldt med 6-7 log. Eksponeret i et eksperimentelt kontinuerligt flow-system i 20 sekunder var inaktiveringshastigheden af ​​Cryptosporidium-oocyster 93-98,6%, faldende ved 10 sekunder (4 log) i en eksperimentel batch-reaktor. Inaktiveringshastigheder blev også rapporteret for Cryptosporidium (7 log), levedygtige ormeæg (4,2 log), poliovirus (8 log), Salmonella (9 log) og E. coli (9 log).

En reduktion på 2 log betyder, at 99% af de organismer, der oprindeligt var til stede i vandet, er blevet inaktiveret. En reduktion på 3 log betyder, at 99,9 % er blevet inaktiveret, og så videre.

Behandlingskapaciteten af ​​ultralydssystemer afhænger også af udgangseffekten. Ultralydsenheder med høj effekt/høj intensitet kræver mindre eksponeringstid for inaktivering, hvilket giver mulighed for at behandle højere flowhastigheder. Dette ultralydssystem kan bruges til tryk- og trykaflastning.

Fordele ved ultralydsbehandling med trykvand

· Kemikaliefri

· Miljøvenlig

· Effektiv

· Synergistiske effekter

· Lav vedligeholdelse

· Sikker og nem at betjene

· Robust og pålidelig

· Skalerbar til enhver størrelse

Forskning i kombinerede behandlingsteknologier viser, at ultralyd er yderst synergistisk, når det bruges sammen med andre desinfektionsmetoder under tryk (såsom ozon, klorering, UV-bestråling, temperatur eller højt tryk). På grund af nem installation og lave pladsbehov er ultralydsudstyr velegnet til at opgradere og forbedre eksisterende trykvandsbehandlingssystemer.