Ảnh hưởng của sóng siêu âm đối với tế bào động vật và thực vật

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Sự tạo khoang trong môi trường là nguyên nhân chính gây ra tác dụng phá hủy của sóng siêu âm đối với vi sinh vật. Nếu sự hình thành bong bóng bị ngăn chặn bằng cách tăng áp suất bên ngoài, thì tác dụng phá hủy động vật nguyên sinh sẽ giảm đi. Sự vỡ ra gần như tức thời của các vật thể trong trường siêu âm là do bọt khí hoặc carbon dioxide trong tế bào thực vật bị mắc kẹt bên trong các sinh vật này.

Điều này cho thấy sự chênh lệch áp suất lớn phát sinh trong quá trình xâm thực dẫn đến vỡ màng tế bào và toàn bộ các sinh vật nhỏ. Ảnh hưởng của sóng siêu âm đối với các loại nấm đã được nghiên cứu nhiều lần. Vì vậy, siêu âm được sử dụng thành công trong bệnh lý học thực vật. Trên hạt củ cải đường tự nhiên bị nhiễm Phoma betae, Cercospora beticola, Alternaria sp. hoặc Fusarium sp., có thể tiêu diệt các loại nấm và vi khuẩn này tốt hơn nhiều bằng cách chiếu xạ trong thời gian ngắn với sóng siêu âm trong nước so với phương pháp ăn mòn. Việc chiếu xạ hạt bằng sóng siêu âm trong khi mặc quần áo làm tăng đáng kể tác dụng của chất diệt nấm hoặc diệt khuẩn. Rõ ràng, lý do là các rung động âm thanh làm tăng tốc độ khuếch tán của nước và các chất hòa tan trong nó qua màng tế bào thực vật, giúp đạt được tác dụng nhanh hơn đối với nấm và vi khuẩn.

Siêu âm cũng có ảnh hưởng tiêu cực đến các tế bào riêng lẻ của các sinh vật bậc cao. Khi chiếu xạ các tế bào hồng cầu (hồng cầu), người ta nhận thấy những điều sau: chúng mất hình dạng ban đầu và bị kéo căng ra; đồng thời, sự đổi màu của chúng xảy ra (kết quả của quá trình tan máu). Sau khi được chiếu xạ thêm, cuối cùng chúng bị vỡ ra và tan rã thành nhiều quả bóng nhỏ riêng biệt.

Ngay từ năm 1928, người ta đã xác định rằng vi khuẩn phát sáng bị tiêu diệt bằng sóng siêu âm. Trong những năm sau đó, một số lượng lớn các công trình đã được công bố về tác dụng của sóng siêu âm đối với vi khuẩn và vi rút. Đồng thời, kết quả có thể rất đa dạng: một mặt, tăng sự ngưng kết, mất độc lực hoặc chết hoàn toàn vi khuẩn đã được quan sát, mặt khác, tác dụng ngược lại cũng được ghi nhận - tăng số lượng cá thể sống sót. Điều này xảy ra đặc biệt thường xuyên sau khi chiếu xạ ngắn hạn và có thể được giải thích bởi thực tế là trong quá trình chiếu xạ ngắn hạn, trước hết, sự phân tách cơ học của các tích lũy tế bào vi khuẩn xảy ra, do đó mỗi tế bào riêng lẻ tạo ra một khuẩn lạc mới.

Người ta thấy rằng các que thương hàn bị giết chết hoàn toàn bằng sóng siêu âm tần số 4, 6 MHz, trong khi các tụ cầu và liên cầu chỉ bị hư hại một phần. Với cái chết của vi khuẩn, sự phân giải của chúng xảy ra đồng thời, tức là sự phá hủy cấu trúc hình thái, do đó sau khi tác động của siêu âm, không chỉ số lượng khuẩn lạc trong một môi trường nuôi cấy nhất định giảm, mà việc đếm số lượng cá thể cho thấy sự giảm các dạng vi khuẩn được bảo quản về mặt hình thái. Khi được chiếu xạ bằng sóng siêu âm tần số 960 kHz, vi khuẩn có kích thước 20–75 µm bị tiêu diệt nhanh và hoàn toàn hơn nhiều so với vi khuẩn có kích thước 8–12 µm [23].

Tại Viện Nghiên cứu Chấn thương và Chỉnh hình Trung ương Matxcova mang tên V. I. NN Priorov đã tiến hành nghiên cứu [24] về ảnh hưởng của sóng siêu âm tần số thấp đối với hoạt động sống của các chủng tụ cầu khác nhau. Trong các thí nghiệm trong ống nghiệm, người ta thu được các kết quả sau. Xử lý siêu âm được thực hiện ở nhiệt độ 32 ° C sử dụng thiết bị phân hủy siêu âm của MSE (Anh), có các thông số kỹ thuật sau: công suất 150 W, tần số rung 20 kHz, biên độ 55 μm. Thời gian tiếp xúc là 1, 2, 5 "7, 10 phút. Đối với mỗi lần tiếp xúc, các lọ riêng biệt với 5 ml huyền phù vi sinh vật chứa 2500 cơ thể vi sinh vật trong 1 ml chất lỏng đã được sử dụng. Môi trường ngay sau khi xử lý siêu âm không những không yếu đi, nhưng ở một số điểm tiếp xúc với âm thanh (1-3 phút), nó thậm chí còn tăng lên một chút. không đáng kể và hầu như không khác so với đối chứng. phát triển rối loạn chuyển hóa trong tế bào, do đó, việc cấy tụ cầu trên môi trường dinh dưỡng rắn đã được nghiên cứu 24, 36 và 48 giờ sau khi siêu âm Trước khi gieo trên đĩa Petri, các chủng tụ cầu đã được cảm ứng đã được nuôi cấy. và trong ống nghiệm có canh thang trong máy điều nhiệt ở 37 ° C. Người ta nhận thấy sau 24 và 36 giờ sau khi xử lý siêu âm, số lượng khuẩn lạc tụ cầu mọc lên so với đối chứng giảm, tỷ lệ gieo hạt của tụ cầu tỷ lệ nghịch với thời gian phát âm của vi sinh vật. Sau 7-10 phút sonication, hạt giống hoặc không cho bất kỳ sự phát triển nào hoặc các khuẩn lạc đơn lẻ không điển hình cho tụ cầu mọc trên đĩa Petri. Sau 48 giờ, tác dụng ức chế của siêu âm rõ ràng hơn và thể hiện ở việc giảm khả năng sinh sản của vi sinh vật ở tất cả các lần phơi nhiễm.

Một nghiên cứu về độ nhạy cảm của vi sinh vật âm thanh đối với tác dụng của một số kháng sinh và thuốc sát trùng cho thấy trong 8 trong số 13 loại thuốc được sử dụng, nồng độ ức chế tối thiểu sau khi siêu âm điều trị tụ cầu giảm 2-4 lần. Điều này cho thấy tính khả thi của việc sử dụng kết hợp các rung động siêu âm tần số thấp và các giải pháp kháng khuẩn để có tác dụng hiệu quả hơn đối với tế bào vi sinh vật [7, 10].

Hiệu quả phá hủy của sóng siêu âm phụ thuộc vào nồng độ của huyền phù vi khuẩn. Trong một hỗn dịch quá đặc và do đó, huyền phù rất nhớt, không quan sát thấy sự tiêu diệt của vi khuẩn, nhưng chỉ có thể ghi nhận được sự gia nhiệt. Các chủng khác nhau của cùng một loài vi khuẩn có thể có thái độ hoàn toàn khác nhau đối với chiếu xạ siêu âm [11].

Như vậy, chúng ta có thể kết luận rằng ảnh hưởng của sóng siêu âm đối với vật liệu sinh học nói chung và vi sinh vật nói riêng phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường và trạng thái của vật chất sống, và trên thực tế thì khá khó dự đoán.

Các thí nghiệm về làm sạch siêu âm của cấy ghép nha khoa bằng titan trong các dung dịch làm việc khác nhau đã được thực hiện tại khoa của SSTU.

Việc làm sạch các sản phẩm càng hiệu quả, chúng càng gần bề mặt phát xạ của bộ phát. Với khoảng cách từ bộ phát, cường độ của dao động siêu âm thay đổi dọc theo một đường cong lý tưởng. Kết quả tốt nhất thu được ở cường độ 16 W / cm2 trong nước máy và nước công nghiệp ở 50 + 5 ° C với nồng độ sulfanol là 0,25% với thời gian siêu âm là 5-10 phút (Hình 2.1). Các sản phẩm tăng âm được đặt cách bề mặt phát âm không quá 10 mm.

Do đó, theo các thí nghiệm, việc tăng cường độ từ 0,4 lên 16 W / cm2 sẽ cải thiện chất lượng làm sạch (Hình 2.2), nhưng không đạt được 100% tiệt trùng sản phẩm ở bất kỳ chế độ nào.