Czy ultradźwięki można stosować do sterylizacji mikrobiologicznej?

Tak, do sterylizacji mikroorganizmów można zastosować technologię ultradźwiękową. Technologia ultradźwiękowa ma szerokie zastosowanie w dziedzinie mikrobiologii, m.in. wykorzystuje fale ultradźwiękowe do zabijania i sterylizacji mikroorganizmów.

Fale ultradźwiękowe generują w cieczach fale wibracyjne o wysokiej częstotliwości, prowadzące do intensywnych efektów fizycznych, takich jak kawitacja, prądy wirowe i efekty rezonansowe. Skutki te mogą powodować pękanie błon komórkowych mikroorganizmów, uszkodzenie struktur komórkowych i doprowadzić do śmierci komórki.

W zastosowaniach praktycznych technologia ultradźwiękowa jest zwykle stosowana w połączeniu z odpowiednimi środkami dezynfekującymi lub roztworami sterylizującymi w celu zwiększenia skuteczności sterylizacji. Fale ultradźwiękowe mogą pomóc środkom dezynfekcyjnym w skuteczniejszym przenikaniu do komórek mikroorganizmów, przyspieszając niszczenie i śmierć komórek.

Dlatego technologia ultradźwiękowa jest szeroko stosowana w mikrobiologii w różnych dziedzinach, w tym w inaktywacji bakterii w laboratoriach, dezynfekcji i czyszczeniu instrumentów medycznych, kontroli mikrobiologicznej w przemyśle spożywczym i nie tylko. Dzięki właściwemu zastosowaniu technologii ultradźwiękowej można skutecznie przeprowadzić skuteczną sterylizację i zabijanie drobnoustrojów.

Udowodniono, że system oczyszczania ultradźwiękowego jest skuteczny w zabijaniu bakterii, planktonu i większych organizmów. Kawitacja ultradźwiękowa w uzdatnianiu wody balastowej jest mechaniczną/fizyczną metodą oczyszczania, która pozwala uniknąć dodawania jakichkolwiek kosztownych aktywnych substancji chemicznych do wody balastowej. Zapewnia to brak zanieczyszczeń środowiska, przy jednoczesnym osiągnięciu wysokiego efektu biologicznego w zakresie niszczenia i dezaktywacji organizmów i mikroorganizmów w wodach balastowych.

Kontekst:
Kiedy statki nie mają pełnego ładunku, potrzebny jest balast, aby utrzymać ich stabilność i bezpieczeństwo. Woda jest powszechnie stosowana jako balast, ale po zebraniu jej ze źródła do wody przedostają się różne organizmy, zazwyczaj obejmujące zbiorowiska planktonowe. Organizmy te mogą zostać wprowadzone do nowego ekosystemu w miejscu przeznaczenia, potencjalnie powodując niepotrzebne zanieczyszczenie biologiczne. Aby zapobiec temu potencjalnemu zanieczyszczeniu, do uzdatniania wody balastowej należy zastosować skuteczny system dezynfekcji.

Inwazyjne rozprzestrzenianie się organizmów wodnych zostało uznane przez Globalny Fundusz na rzecz Środowiska (GEF) za jedno z czterech głównych zagrożeń stojących priania wechata

Sterylizacja wody pod ciśnieniem ultradźwiękowym

Uzdatnianie wody pod ciśnieniem ultradźwiękowym to metoda mechaniczno-fizyczna, która pozwala uniknąć stosowania szkodliwych i kosztownych chemikaliów. Siła kawitacji może zabić małe organizmy wodne i mikroorganizmy. Niektóre badania wykazały, że fale ultradźwiękowe mają silny wpływ biologiczny na małże zebry, nicienie, bakterie i wirusy.

Dezynfekcja kawitacyjna ultradźwiękowa
Fale ultradźwiękowe o dużej mocy generują pęcherzyki kawitacyjne w cieczy, co prowadzi do powstawania intensywnych sił ścinających i wysokich naprężeń. Kiedy intensywne fale ultradźwiękowe łączą się z cieczą, fale dźwiękowe rozprzestrzeniają się w ciekłym ośrodku, powodując naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia, w zależności od częstotliwości. Podczas cykli niskociśnieniowych (faza rozrzedzenia) fale ultradźwiękowe o dużej intensywności tworzą małe pęcherzyki próżniowe lub szczeliny w cieczy. Kiedy pęcherzyki osiągną objętość, w której nie mogą już absorbować energii, gwałtownie zapadają się podczas cykli wysokiego ciśnienia (faza sprężania). Zjawisko to znane jest jako kawitacja. Podczas implozji osiągane są lokalnie bardzo wysokie temperatury (około 5000 K) i ciśnienia (około 2000 atm). Implozja pęcherzyków kawitacyjnych powoduje również prędkość strumienia cieczy do 280 m/s.

To wytwarzanie i zapadanie się pęcherzyków o wysokiej energii skutkuje hydrodynamicznymi siłami ścinającymi i oscylacjami ultradźwiękowymi, rozrywając ściany komórkowe organizmów, skutecznie je zabijając. Wpływ technik wspomaganych ultradźwiękowo na środowisko nie wiąże się obecnie z żadnymi znanymi ani przewidywanymi problemami środowiskowymi.

Biologiczne skutki fal ultradźwiękowych
Niektóre badania wykazały, że fale ultradźwiękowe mogą skutecznie oddziaływać na wirusy i bakterie. Badania dezynfekcji przy użyciu urządzeń ultradźwiękowych przy natężeniu przepływu 100 gpm (galonów na minutę), co odpowiada 23 m3/h, wykazały redukcję o 7 log w przypadku wirusa polio (<5 μm) i redukcję o 6-7 log w przypadku bakterii Cryptosporidium. W przypadku nicieni (Ascaris) (8–10 μm) i mięczaków zebry (70 μm) uzyskano 100% śmiertelność. W systemie przepływu 600 gpm śmiertelność małży zebry była taka sama.

Stopień inaktywacji dużych organizmów osiągnął 100%, podczas gdy współczynnik inaktywacji bakterii i wirusów spadł o 6-7 log. Wystawione na eksperymentalny układ ciągłego przepływu przez 20 sekund, stopień inaktywacji oocyst Cryptosporidium wynosił 93-98,6% i zmniejszał się po 10 sekundach (4 log) w doświadczalnym reaktorze wsadowym. Odnotowano także współczynniki inaktywacji dla Cryptosporidium (7 log), żywych jaj robaków (4,2 log), wirusa polio (8 log), Salmonelli (9 log) i E. coli (9 log).

Redukcja o 2 log oznacza, że ​​99% organizmów pierwotnie obecnych w wodzie zostało inaktywowanych. Redukcja o 3 log oznacza, że ​​99,9% zostało inaktywowanych i tak dalej.

Zdolność przetwarzania systemów ultradźwiękowych zależy również od mocy wyjściowej. Urządzenia ultradźwiękowe o dużej mocy/intensywności wymagają krótszego czasu ekspozycji na inaktywację, co pozwala na przetwarzanie większych prędkości przepływu. Ten system ultradźwiękowy może być stosowany do zwiększania i obniżania ciśnienia.

Korzyści z ultradźwiękowego uzdatniania wody pod ciśnieniem

· Nie zawiera środków chemicznych

· Przyjazny dla środowiska

· Wydajny

· Efekty synergiczne

· Niskie koszty utrzymania

· Bezpieczny i łatwy w obsłudze

· Solidny i niezawodny

· Skalowalne do dowolnego rozmiaru

Badania nad technologiami uzdatniania kombinowanego pokazują, że ultradźwięki wykazują dużą synergię w połączeniu z innymi metodami dezynfekcji wody pod ciśnieniem (takimi jak ozon, chlorowanie, promieniowanie UV, temperatura lub wysokie ciśnienie). Ze względu na łatwą instalację i niewielkie wymagania przestrzenne, sprzęt ultradźwiękowy doskonale nadaje się do modernizacji i ulepszania istniejących ciśnieniowych systemów uzdatniania wody.