Ultraheli on tänu oma potentsiaalile massiülekande, soojusülekande ja keemiliste reaktsioonide uurimisel muutunud maailmas uurimisvaldkonnaks. Ultraheli jõuseadmete arendamise ja populariseerimisega on Euroopas ja Ameerikas tehtud teatavaid edusamme industrialiseerimises. Teaduse ja tehnoloogia arengust Hiinas on saanud uus interdistsiplinaarne valdkond – sonokeemia. Selle arengut on mõjutanud suur hulk teooria ja rakenduste valdkonnas tehtud tööd.

Nn ultrahelilaine viitab üldiselt akustilistele lainetele sagedusvahemikus 20k–10mhz. Selle rakendusvõimsus keemiavaldkonnas tuleneb peamiselt ultraheli kavitatsioonist. Tugeva lööklaine ja mikrojoa kiirusega üle 100m/s võivad lööklaine ja mikrojoa kõrge gradiendiga nihke tõttu vesilahuses tekkida hüdroksüülradikaalid. Vastavad füüsikalised ja keemilised efektid on peamiselt mehaanilised efektid (akustiline šokk, lööklaine, mikrojoa jne), termilised efektid (lokaalne kõrge temperatuur ja kõrge rõhk, üldine temperatuuri tõus), optilised efektid (sonoluminestsents) ja aktivatsiooniefektid (hüdroksüülradikaalide teke vesilahuses). Need neli efekti ei ole isoleeritud, vaid interakteeruvad ja soodustavad üksteist, kiirendades reaktsiooniprotsessi.

Praegused ultraheli rakenduste uuringud on tõestanud, et ultraheli suudab aktiveerida bioloogilisi rakke ja soodustada ainevahetust. Madala intensiivsusega ultraheli ei kahjusta raku täielikku struktuuri, kuid see võib suurendada raku ainevahetuslikku aktiivsust, suurendada rakumembraani läbilaskvust ja selektiivsust ning soodustada ensüümi bioloogilist katalüütilist aktiivsust. Kõrge intensiivsusega ultrahelilaine võib ensüümi denatureerida, panna rakus oleva kolloidi tugeva võnkumise järel flokuleeruma ja settima ning geeli vedeldama või emulgeerima, mille tulemusel bakterid kaotavad bioloogilise aktiivsuse. Lisaks sellele hävitavad ultraheli kavitatsioonist tingitud hetkeline kõrge temperatuur, temperatuurimuutus, hetkeline kõrge rõhk ja rõhumuutus mõned vedelikus olevad bakterid, inaktiveerivad viiruse ja hävitavad isegi mõnede väikeste sümboolsete organismide rakuseina. Kõrgema intensiivsusega ultraheli võib hävitada rakuseina ja vabastada rakus olevaid aineid. Need bioloogilised efektid on rakendatavad ka ultraheli mõjule sihtmärgile vetikarakkude struktuuri eripära tõttu. Samuti on olemas spetsiaalne mehhanism ultraheli vetikate summutamiseks ja eemaldamiseks, see tähendab, et vetikarakkudes olevat õhkpatja kasutatakse kavitatsioonimulli kavitatsioonituumana ja õhkpatja puruneb kavitatsioonimulli purunemisel, mille tulemusel kaotab vetikarakk võime ujumist kontrollida.


Postituse aeg: 01.09.2022