Gli ultrasuoni possono essere utilizzati per la sterilizzazione microbica?

Sì, la tecnologia ad ultrasuoni può essere applicata per sterilizzare i microrganismi. La tecnologia ad ultrasuoni ha una vasta gamma di applicazioni nel campo della microbiologia, compreso l'uso delle onde ultrasoniche per uccidere e sterilizzare i microrganismi.

Le onde ultrasoniche generano onde di vibrazione ad alta frequenza nei liquidi, portando a intensi effetti fisici come cavitazione, correnti parassite ed effetti di risonanza. Questi effetti possono causare la rottura delle membrane cellulari dei microrganismi, danni alle strutture cellulari e provocare la morte cellulare.

Nelle applicazioni pratiche, la tecnologia a ultrasuoni viene generalmente utilizzata insieme a disinfettanti o soluzioni sterilizzanti appropriati per migliorare l'efficacia della sterilizzazione. Le onde ultrasoniche possono aiutare i disinfettanti a penetrare più efficacemente nelle cellule dei microrganismi, accelerando la distruzione e la morte cellulare.

Pertanto, la tecnologia ad ultrasuoni è ampiamente utilizzata in microbiologia in vari campi, tra cui l'inattivazione batterica nei laboratori, la disinfezione e la pulizia degli strumenti medici, il controllo microbico nell'industria alimentare e altro ancora. Attraverso l'uso corretto della tecnologia ad ultrasuoni, è possibile eseguire efficacemente operazioni di sterilizzazione e uccisione microbica efficienti.

Il sistema di trattamento ad ultrasuoni si è dimostrato efficace nell'uccidere batteri, plancton e organismi più grandi. La cavitazione ad ultrasuoni nel trattamento delle acque di zavorra è un metodo di trattamento meccanico/fisico che evita l'aggiunta di costose sostanze chimiche attive all'acqua di zavorra. Ciò garantisce che l'ambiente non sia inquinato e allo stesso tempo ottiene un elevato effetto biologico nel distruggere e disattivare organismi e microrganismi nell'acqua di zavorra.

Contesto:
quando le navi non hanno un carico completo, la zavorra è necessaria per mantenerne la stabilità e la sicurezza. L'acqua è comunemente usata come zavorra, ma quando viene raccolta dalla sua fonte, una varietà di organismi entrano nell'acqua, tipicamente comprendendo comunità planctoniche. Questi organismi potrebbero essere introdotti in un nuovo ecosistema nel luogo di destinazione, causando potenzialmente un inutile inquinamento biologico. Per prevenire questa potenziale contaminazione, è necessario utilizzare un efficace sistema di disinfezione per trattare l'acqua di zavorra.

La diffusione invasiva degli organismi acquatici è stata identificata dal Global Environment Facility (GEF) come una delle quattro principali minacce che affliggono gli oceani. Ciò può avere impatti estremamente gravi sull’ambiente, sull’economia e sulla salute pubblica. Per evitare l'introduzione di molluschi dannosi (come cozze zebrate, vongole asiatiche, ecc.), possono essere impiegati vari trattamenti di sterilizzazione dell'acqua di zavorra (noti anche come disinfezione o neutralizzazione). Un metodo di trattamento comune prevede la pulizia chimica dell'acqua di zavorra, ma i prodotti chimici utilizzati sono dannosi per l'ambiente e costosi. Con le crescenti normative sulla gestione dell'acqua di zavorra, le navi stanno integrando vari metodi di trattamento dell'acqua di zavorra come la disinfezione a ultrasuoni per conformarsi alle normative.

Sterilizzazione ad acqua pressurizzata ad ultrasuoni

Il trattamento dell'acqua pressurizzata ad ultrasuoni è un metodo meccanico/fisico che evita l'uso di sostanze chimiche dannose e costose. La forza di cavitazione può uccidere piccoli organismi acquatici e microrganismi. Alcuni studi hanno dimostrato che le onde ultrasoniche hanno un elevato effetto biologico su cozze zebrate, nematodi, batteri e virus.

Disinfezione da cavitazione ad ultrasuoni
Le onde ultrasoniche ad alta potenza generano bolle di cavitazione nel liquido, portando alla generazione di intense forze di taglio e sollecitazioni elevate. Quando intense onde ultrasoniche si accoppiano al liquido, le onde sonore si propagano nel mezzo liquido, provocando cicli alternati di alta e bassa pressione, a seconda della frequenza. Durante i cicli a bassa pressione (fase di rarefazione), le onde ultrasoniche ad alta intensità creano piccole bolle di vuoto o spazi vuoti nel liquido. Quando le bolle raggiungono un volume in cui non riescono più ad assorbire energia, collassano violentemente durante i cicli ad alta pressione (fase di compressione). Questo fenomeno è noto come cavitazione. Durante l'implosione vengono raggiunte temperature localizzate molto elevate (circa 5.000 K) e pressioni (circa 2.000 atm). L'implosione delle bolle di cavitazione provoca anche velocità del getto di liquido fino a 280 m/s.

Questa generazione e collasso di bolle ad alta energia si traduce in forze di taglio idrodinamiche e oscillazioni ultrasoniche, che distruggono le pareti cellulari degli organismi uccidendoli di fatto. L'impatto ambientale delle tecniche assistite da ultrasuoni attualmente non presenta problemi ambientali noti o previsti.

Effetti biologici delle onde ultrasoniche
Alcuni studi hanno dimostrato che le onde ultrasoniche possono influenzare efficacemente virus e batteri. Studi di disinfezione utilizzando dispositivi a ultrasuoni su un volume di flusso di 100 gpm (galloni al minuto), equivalente a 23 m3/h, hanno mostrato una riduzione di 7 log per il poliovirus (<5μm), una riduzione di 6-7 log per i batteri Cryptosporidium. Un tasso di mortalità del 100% è stato raggiunto con i nematodi (Ascaris) (8-10μm) e i molluschi cozze zebrate (70μm). In un sistema con flusso di 600 gpm, il tasso di mortalità dei mitili zebrati era lo stesso.

Il tasso di inattivazione dei grandi organismi ha raggiunto il 100%, mentre il tasso di inattivazione di batteri e virus è diminuito di 6-7 log. Esposte in un sistema sperimentale a flusso continuo per 20 secondi, il tasso di inattivazione delle oocisti di Cryptosporidium era del 93-98,6%, diminuendo a 10 secondi (4 log) in un reattore batch sperimentale. Sono stati segnalati tassi di inattivazione anche per Cryptosporidium (7 log), uova di vermi vitali (4,2 log), poliovirus (8 log), Salmonella (9 log) ed E. coli (9 log).

Una riduzione di 2 log significa che il 99% degli organismi originariamente presenti nell'acqua sono stati inattivati. Una riduzione di 3 log significa che il 99,9% è stato inattivato e così via.

La capacità di elaborazione dei sistemi ad ultrasuoni dipende anche dalla potenza in uscita. I dispositivi a ultrasuoni ad alta potenza/alta intensità richiedono meno tempo di esposizione per l'inattivazione, consentendo l'elaborazione di portate più elevate. Questo sistema ad ultrasuoni può essere utilizzato per la pressurizzazione e la depressurizzazione.

Vantaggi del trattamento dell'acqua pressurizzata ad ultrasuoni

· Privo di sostanze chimiche

· Rispettoso dell'ambiente

· Efficiente

· Effetti sinergici

· Manutenzione ridotta

· Sicuro e facile da usare

· Robusto e affidabile

· Scalabile a qualsiasi dimensione

La ricerca sulle tecnologie di trattamento combinato mostra che gli ultrasuoni sono altamente sinergici se utilizzati insieme ad altri metodi di disinfezione dell'acqua pressurizzata (come ozono, clorazione, irradiazione UV, temperatura o alta pressione). Grazie alla facilità di installazione e ai ridotti ingombri, le apparecchiature a ultrasuoni sono adatte per aggiornare e migliorare i sistemi di trattamento dell'acqua pressurizzata esistenti.