هموژنایزر اولتراسونیک برای تجزیه زیستی چیست؟

فناوری تجزیه زیستی اولتراسونیک، با مزایای آن در سازگاری با محیط‌زیست، عملکرد ملایم و قابلیت تخریب مواد--درمان دشوار، چشم‌اندازهای کاربردی گسترده‌ای در حفاظت از محیط‌زیست، غذا و زیست‌پزشکی دارد. با این حال، در حال حاضر با چالش هایی مانند مصرف انرژی و مقیاس پذیری مواجه است. با ادامه بهینه سازی فناوری، پتانسیل کاربرد تجاری و صنعتی آن به تدریج آزاد خواهد شد. برای دستیابی به کاربرد در مقیاس بزرگ، این فناوری هنوز باید بر چندین تنگنا غلبه کند: اول، مصرف انرژی بالا است. پردازش اولتراسونیک فعلی شامل اتلاف انرژی قابل توجهی است، به ویژه در کاربردهای صنعتی که هزینه های عملیاتی آن بالا است. دوم، فقدان استانداردهای یکپارچه وجود دارد. پارامترهایی مانند فرکانس و توان اولتراسونیک برای سناریوهای مختلف استاندارد نشده اند، که منجر به تفاوت های قابل توجهی در اثرات پردازش می شود. با این حال، این مشکلات را می توان به تدریج از طریق بهینه سازی فن آوری حل کرد، مانند توسعه مبدل های با راندمان بالا برای بهبود کارایی تبدیل انرژی، ایجاد سیستم های پارامتر استاندارد برای سناریوهای مختلف از طریق داده های بزرگ، و توسعه تجهیزات مدولار برای انطباق با نیازهای پردازش در مقیاس بزرگ. همانطور که فناوری بالغ می شود، هزینه های کاربرد آن همچنان کاهش می یابد و سناریوهای کاربردی بیشتر گسترش می یابد و چشم انداز کلی آن را بسیار امیدوارکننده می کند.

 

I. اصل کاری تجزیه زیستی اولتراسونیک

هموژنایزر اولتراسونیک هسته اصلی است: هنگامی که اولتراسوند در یک مایع منتشر می شود، حباب های ریز بی شماری (حباب های حفره ای) تولید می کند.

عمل حباب شدید: حباب های کاویتاسیون به سرعت منبسط می شوند و سپس فوراً فرو می ریزند و دمای و فشار بالا (تا هزاران درجه سانتیگراد و صدها اتمسفر) و امواج ضربه ای قوی ایجاد می کنند.

تخریب آلاینده ها: تحت دما و فشار بالا، مواد اکسید کننده قوی مانند رادیکال های هیدروکسیل تولید می شود. همزمان، امواج ضربه ای قوی پیوندهای شیمیایی آلاینده ها را می شکند و در نهایت آلاینده های مولکولی بزرگ را به مولکول های کوچک و بی ضرر (مانند دی اکسید کربن و آب) تجزیه می کنند.

 

II. دلایل اصلی استفاده از تجهیزات اولتراسونیک

راندمان تخریب بالا: اکسیداسیون قوی و تأثیر مکانیکی کاویتاسیون می تواند به سرعت آلاینده های مقاوم (مانند باقیمانده آفت کش ها و فاضلاب آلی صنعتی) را تجزیه کند.

 

بدون آلودگی ثانویه: به هیچ عامل شیمیایی نیاز نیست. تخریب تنها به فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی متکی است و از آلودگی های جدید ناشی از بقایای آفت کش ها جلوگیری می کند.

 

کاربرد گسترده: می تواند آلاینده های آلی و معدنی مختلف را در مایعات تصفیه کند و با غلظت آلاینده محدود نمی شود، و آن را برای سناریوهای متعدد مانند تصفیه فاضلاب و تصفیه مواد غذایی مناسب می کند.

 

عملیات ساده: تجهیزات به طور پایدار عمل می کنند، نیازی به تعمیر و نگهداری پیچیده ندارند و می توان از آنها در ارتباط با فرآیندهای تصفیه موجود استفاده کرد و هزینه های مقاوم سازی را کاهش داد.

 

برخی از موارد کاربردی فناوری تجزیه زیستی اولتراسونیک چیست؟

فناوری تجزیه زیستی اولتراسونیک با اثر منحصر به فرد کاویتاسیون و ویژگی های اکسیداسیون، کاربردهای عملی در زمینه های مختلفی مانند تصفیه فاضلاب صنعتی، دفع لجن، آزمایش های بیولوژیکی، مواد غذایی و کاربردهای پزشکی دارد. موارد زیر نمونه های مشخصی هستند: تصفیه فاضلاب صنعتی

فاضلاب اجزای الکترونیکی: یک شرکت تولیدکننده قطعات الکترونیکی فرآیند ترکیبی "فیلتراسیون با راندمان بالا + خنثی سازی و تنظیم + اکسیداسیون پیشرفته (ازن) + MBR + ضدعفونی با اشعه ماوراء بنفش را اتخاذ کرد. پس از معرفی{6}}تصفیه با کمک اولتراسونیک، میزان حذف COD فاضلاب به 93% رسید و کیفیت پساب نهایی با استاندارد تخلیه کلاس اول مطابقت داشت و به طور قابل توجهی اثر تصفیه فرآیند اصلی را بهبود بخشید.

 

آبکاری فاضلاب فلزات سنگین: برای آبکاری فاضلاب حاوی 4000 × 10-6 مول در لیتر نیکل، تصفیه اولتراسونیک نرخ حذف یون نیکل بیش از 99٪ را به دست آورد. برای فاضلاب صنعتی حاوی 1000 × 10-6 mol/L مس، تصفیه اولتراسونیک به میزان حذف یون مس 99.8 درصد دست یافت. اصل اصلی شکستن ساختار پیچیده فلزات سنگین از طریق ارتعاش، تسهیل بارش و فیلتراسیون بعدی است.

 

فاضلاب رنگرزی و دباغی: یک کارخانه رنگرزی از فناوری اکسیداسیون فنتون با فرکانس 40 کیلوهرتز- برای حذف موثر آلاینده‌های آلی سرسخت از فاضلاب استفاده کرد و به استانداردهای پساب که مطابق با استانداردهای تخلیه ملی است، رسید. آزمایش‌های بیشتر نشان داد که پیش تصفیه فاضلاب دباغی با امواج فراصوت با شدت صدای 1.47 W/cm² و فرکانس 24 کیلوهرتز، همراه با انعقاد و رسوب‌گذاری، نرخ حذف COD را بیش از 10 درصد افزایش داد و به حداکثر 73.2 درصد در مقایسه با انعقاد ساده و رسوب‌گذاری رسید.

زمینه های تحقیقات بیولوژیکی و تجربی

 

پردازش بیومولکولی: در تحقیقات بیوشیمیایی، اولتراسوند می تواند تکه تکه شدن و تجزیه DNA را تسریع کند. این ویژگی نیاز به کاهش اندازه نمونه DNA در تحقیقات بیوانفورماتیک را برآورده می کند و همچنین می تواند در پایش محیطی برای تجزیه و تحلیل DNA آب برای تعیین منابع آلودگی استفاده شود. به طور همزمان، می تواند کمپلکس های پروتئینی را جدا کند و به غربالگری مولکول های کاندید دارو کمک کند. در پزشکی قانونی و تشخیص بالینی، سونوگرافی همچنین می‌تواند به استخراج اسیدهای نوکلئیک از نمونه‌ها، بهبود کارایی تشخیص و خلوص کمک کند.

رشته های مرتبط با غذا و پزشکی

 

تخریب باقی مانده های آنتی بیوتیک در غذا: آنتی بیوتیک هایی مانند پنی سیلین موجود در شیر بسیار مقاوم در برابر حرارت هستند و استریل کردن حرارت معمولی برای حذف کامل آنها کافی نیست. یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه شیهوا آزمایشی را بر روی تخریب پنی سیلین در شیر انجام دادند. در شرایط 25 درجه و pH 7، شیر حاوی پنی سیلین با سونوگرافی 150 وات به مدت 35 دقیقه تیمار شد. باقی مانده پنی سیلین نهایی در شیر کمتر از 1 میکروگرم در لیتر بود که استانداردهای ایمنی مربوطه را برآورده می کرد. این روش از آسیب به کیفیت شیر ​​ناشی از تیمارهای شیمیایی یا درجه حرارت بالا جلوگیری می کند و راه حلی امکان پذیر برای درمان باقی مانده های آنتی بیوتیک در محصولات لبنی ارائه می دهد.

 

کمک عقیم سازی دستگاه های پزشکی: سونوگرافی می تواند غشای سلولی و دیواره سلولی میکروارگانیسم ها را از بین ببرد و می تواند به عقیم سازی دستگاه های پزشکی در زمینه پزشکی کمک کند. برای مثال، برای برخی از ابزارهای دقیق حساس به دمای بالا، اولتراسوند می‌تواند به شکاف‌ها نفوذ کند تا باکتری‌ها را از بین ببرد و خطر ابتلا به عفونت متقاطع- را در طی اقدامات پزشکی کاهش دهد. همچنین می‌توان آن را با سایر روش‌های استریل‌سازی ترکیب کرد تا اثر را بیشتر کند.