Se pot folosi ultrasunetele pentru sterilizarea microbiană?

Da, tehnologia ultrasonică poate fi aplicată pentru sterilizarea microorganismelor. Tehnologia cu ultrasunete are o gamă largă de aplicații în domeniul microbiologiei, inclusiv utilizarea undelor ultrasonice pentru a ucide și a steriliza microorganismele.

Undele ultrasunete generează unde de vibrație de înaltă frecvență în lichide, ceea ce duce la efecte fizice intense, cum ar fi cavitația, curenții turbionari și efecte de rezonanță. Aceste efecte pot cauza ruperea membranelor celulare ale microorganismelor, deteriorarea structurilor celulare și duce la moartea celulelor.

În aplicațiile practice, tehnologia cu ultrasunete este utilizată de obicei împreună cu dezinfectanți sau soluții de sterilizare adecvate pentru a îmbunătăți eficacitatea sterilizării. Undele cu ultrasunete pot ajuta dezinfectanții să pătrundă mai eficient în celulele microorganismelor, accelerând distrugerea și moartea celulelor.

Prin urmare, tehnologia cu ultrasunete este utilizată pe scară largă în microbiologie în diverse domenii, inclusiv inactivarea bacteriilor în laboratoare, dezinfecția și curățarea instrumentelor medicale, controlul microbian în industria alimentară și multe altele. Prin utilizarea adecvată a tehnologiei cu ultrasunete, operațiunile eficiente de sterilizare și de distrugere a microbilor pot fi efectuate în mod eficient.

Sistemul de tratament cu ultrasunete s-a dovedit eficient în uciderea bacteriilor, a planctonului și a organismelor mai mari. Cavitația cu ultrasunete în tratarea apei de balast este o metodă de tratare mecanică/fizică care evită adăugarea oricăror substanțe chimice active costisitoare în apa de balast. Acest lucru asigură că mediul nu este poluat, obținând în același timp un efect biologic ridicat în distrugerea și dezactivarea organismelor și microorganismelor din apa de balast.

Context:
Când navele nu au o încărcătură completă de marfă, balast este necesar pentru a le menține stabilitatea și siguranța. Apa este folosită în mod obișnuit ca balast, dar atunci când este colectată din sursa sa, o varietate de organisme intră în apă, cuprinzând de obicei comunități planctonice. Aceste organisme pot fi introduse într-un nou ecosistem la destinație, cauzând potențial poluare biologică inutilă. Pentru a preveni această contaminare potențială, trebuie utilizat un sistem eficient de dezinfecție pentru tratarea apei de balast.

Răspândirea invazivă a organismelor acvatice a fost identificată de Global Environment Facility (GEF) drept una dintre cele patru amenințări majore cu care se confruntă oceanele. Acest lucru poate avea efecte extrem de grave asupra mediului, economiei și sănătății publice. Pentru a evita introducerea moluștelor dăunătoare (cum ar fi midii zebră, scoici asiatice etc.), pot fi folosite diverse tratamente de sterilizare a apei de balast (cunoscute și ca dezinfecție sau neutralizare). O metodă obișnuită de tratare implică curățarea chimică a apei de balast, dar substanțele chimice folosite sunt dăunătoare mediului și costisitoare. Odată cu creșterea reglementărilor privind legile de gestionare a apei de balast, navele integrează diferite metode de tratare a apei de balast, cum ar fi dezinfecția cu ultrasunete, pentru a respecta reglementările.

Sterilizarea cu ultrasunete a apei sub presiune

Tratarea cu ultrasunete a apei sub presiune este o metodă mecanică/fizică care evită utilizarea substanțelor chimice nocive și costisitoare. Forța de cavitație poate ucide mici organisme acvatice și microorganisme. Unele studii au arătat că undele ultrasonice au un efect biologic ridicat asupra midii zebră, nematode, bacterii și viruși.

Dezinfecția prin cavitație cu ultrasunete
Undele ultrasonice de mare putere generează bule de cavitație în lichid, ceea ce duce la generarea de forțe de forfecare intense și solicitări mari. Când undele ultrasunete intense se cuplează în lichid, undele sonore se propagă în mediul lichid, provocând cicluri alternative de presiune ridicată și presiune scăzută, în funcție de frecvență. În timpul ciclurilor de joasă presiune (faza de rarefacție), undele ultrasonice de mare intensitate creează mici bule de vid sau goluri în lichid. Când bulele ating un volum în care nu mai pot absorbi energie, ele se prăbușesc violent în timpul ciclurilor de înaltă presiune (faza de compresie). Acest fenomen este cunoscut sub numele de cavitație. În timpul imploziei, sunt atinse temperaturi foarte ridicate localizate (în jur de 5.000K) și presiuni (în jur de 2.000 atm). Implozia bulelor de cavitație are ca rezultat, de asemenea, viteze ale jetului de lichid de până la 280 m/s.

Această generare și colaps de bule de înaltă energie duc la forțe de forfecare hidrodinamice și oscilații ultrasonice, perturbând pereții celulari ai organismelor, ucigându-le efectiv. Impactul asupra mediului al tehnicilor asistate cu ultrasunete nu are în prezent probleme de mediu cunoscute sau anticipate.

Efectele biologice ale undelor ultrasonice
Unele studii au arătat că undele ultrasonice pot afecta efectiv virușii și bacteriile. Studiile de dezinfecție folosind dispozitive cu ultrasunete pe un volum de debit de 100 gpm (galloni pe minut), echivalent cu 23 m3/h, au arătat o reducere de 7 log pentru poliovirus (<5μm), o reducere de 6-7 log pentru bacteriile Cryptosporidium. O rată a mortalității de 100% a fost atinsă cu nematode (Ascaris) (8-10μm) și moluste midii zebră (70μm). Într-un sistem de curgere de 600 gpm, rata mortalității midii zebră a fost aceeași.

Rata de inactivare a organismelor mari a ajuns la 100%, în timp ce rata de inactivare a bacteriilor și virușilor a scăzut cu 6-7 log. Expusă într-un sistem experimental cu flux continuu timp de 20 de secunde, rata de inactivare a oochisturilor de Cryptosporidium a fost de 93-98,6%, scăzând la 10 secunde (4 log) într-un reactor discontinuu experimental. Ratele de inactivare au fost raportate și pentru Cryptosporidium (7 log), ouă de viermi viabile (4,2 log), poliovirus (8 log), Salmonella (9 log) și E. coli (9 log).

O reducere de 2 log înseamnă că 99% din organismele prezente inițial în apă au fost inactivate. O reducere de 3 log înseamnă că 99,9% au fost inactivate și așa mai departe.

Capacitatea de procesare a sistemelor cu ultrasunete depinde și de puterea de ieșire. Dispozitivele cu ultrasunete de mare putere/intensitate mare necesită un timp de expunere mai mic pentru inactivare, permițând procesarea unor debite mai mari. Acest sistem cu ultrasunete poate fi utilizat pentru presurizare și depresurizare.

Beneficiile tratamentului cu ultrasunete a apei sub presiune

· Fără substanțe chimice

· Ecologic

· Eficient

· Efecte sinergice

· Întreținere redusă

· Sigur și ușor de utilizat

· Robuste și de încredere

· Scalabil la orice dimensiune

Cercetarea tehnologiilor de tratare combinată arată că ultrasunetele sunt foarte sinergice atunci când sunt utilizate împreună cu alte metode de dezinfecție a apei sub presiune (cum ar fi ozonul, clorarea, iradierea UV, temperatura sau presiunea ridicată). Datorită instalării ușoare și cerințelor reduse de spațiu, echipamentele cu ultrasunete sunt potrivite pentru modernizarea și îmbunătățirea sistemelor existente de tratare a apei sub presiune.