Ultraääninesteen käsittely ja sen käyttö

Ultraääninesteen käsittelyprosesseihin kuuluvat ultraääniemulgointi, sterilointi, dispersio ja homogenisointi jne. Näitä ultraääniprosesseja käytetään laajalti kosmetiikan ja henkilökohtaisten hygieniatuotteiden, lääkkeiden, nanomateriaalien ja polttoaineteollisuuden tuotannossa ja valmistuksessa.

01

Kun sekoitetaan sekoittumattomia nesteitä emulsioihin, pisaran koko ja jakautuminen ovat keskeisiä tekijöitä emulsion stabiiliteetissa. Ultraääniemulgointilaitteet voivat tuottaa erittäin hienoja pisaroita ja kapeita kokoja. Useimmissa tapauksissa sonikointilaitteet voivat tuottaa sub-micron-pisaroita valmistettaessa emulsioita erässä tai linjassa. Toisin kuin korkeapaine homogenisaattorit, ultraääniemulgointilaitteiden tuottamat korkeat leikkausvoimat voivat emulgoida vielä korkeampia viskositeettinesteitä, kuten raskasta polttoöljyä (HFO). Jotkut formulaatiot saattavat edellyttää emulgointiaineiden tai stabilointiaineiden lisäämistä. Tässä tapauksessa phakoemulsification-laitteet auttavat myös sekoittamaan emulgointiaineen tasaisesti.

Monille teollisuudenaloille bakteerien ja levien kasvun hallinta vedessä on tuotantoon läheisesti liittyvä prosessi. Ultraääniveden käsittelylaitteet tunnetaan vaikutuksestaan solujen rakenteeseen, joka aiheuttaa solujen lyysiä ja solujen kuolemaa, sekä sen puhdistustehosta mekaanisen iskun vuoksi. Lisäksi hyvin yksinkertaisella mutta tehokkaalla sonikaatiovaiheella, biofilmillä, jäännökset voidaan poistaa onnistuneesti säiliöistä, tynnyreistä, säiliöistä ja jopa suodattimista. Ultraäänilaitteiden tuottama korkean taajuuden värähtely- ja kavitaatioleikkausvoima poistaa veden ja nesteiden saastumisen. Jäljelle jäävä jäännös huuhdellaan helposti ilman epäpuhtauksia.

Hiukkaset ja jopa dispersiot voidaan helposti saada ultraäänellä. Ultraäänilaitteita voidaan käyttää mikro- ja nanomittakaavan hienomittakaavan dispersion ja depolymeroinnin tuottamiseen. Ultraäänidispersiolaitteet voivat hajottaa jauheagglomeraatteja nesteissä, joita tavanomaiset sekoittijat ja korkeat leikkaussekoittimet eivät voi hajota. Korkeat kavitaatioleikkausvoimat hajottavat ja homogenoivat puristetut hiukkaset, mikä johtaa suurempaan pinta-alaan.

Solujen hajoaminen tai lyysi on yleinen prosessi päivittäisessä näytteenvalmistuksessa biotekniikan laboratorioissa. Lyysin tavoitteena on tuhota osa soluseinästä tai koko solusta biomolekyylejä vapautumiseksi. Niin sanottuja lysaatteja voivat olla esimerkiksi plasmidit, reseptorimääritykset, proteiinit, DNA, RNA ja sen kaltaiset. Seuraavat vaiheet lyysin jälkeen ovat eristäminen, organellien eristäminen tai/ja proteiinin uuttaminen ja säilyttäminen. Ultraäänilaitteet ovat yleinen työkalu onnistuneeseen solujen lyysiin ja uuttamiseen.

Mikrobien inaktivointi on kriittinen prosessi elintarvikkeiden jalostuksessa. Tuoreiden, lievästi jalostettujen elintarvikkeiden kasvavan kysynnän vuoksi teollisuus vastaa asiakkaiden tarpeisiin korvaamalla eristysmateriaalit lievemmillä käsittelymenetelmillä. Koska mikro-organismit ovat tärkein syy elintarvikkeiden pilaantumiseen, niihin on sovellettava säilytystekniikoita. Ultraäänisterilointilaitteet ovat ei-terminen tekniikka, joka inaktivoi mikro-organismeja tuotteessa tuotteen aistinvaraisten ominaisuuksien, ravitsemuksen ja toimivuuden säilyttämiseksi paremmin. Sonikoinnin etuna on, että sonikoinnin voimakkuutta voidaan hallita täysin, jotta mikro-organismien inaktivointi voidaan suorittaa.

02

Kosmetiikan tuotannossa ainesosien sekoittaminen on olennainen askel. Suuritehoinen ultraääni mahdollistaa hienorakeisen homogenisoinnin, dispersion ja emulgoinnin esimerkiksi voiteiden ja voiteiden, kynsilakkien ja kosmetiikan valmistukseen. Ultraäänen kyvyt uuttamiseen ja säilyttämiseen ovat myös hyvin tiedossa. Koska monet kosmeettiset ainesosat, kuten lipidit, proteiinit, aromaattiset yhdisteet tai väriaineet soluista, saadaan uuttamalla, ultraäänilaitteet ovat potentiaalinen työkalu joillekin uusille formulaatioille .

Yleiset käsittelyvaiheet, kuten sekoittaminen ja homogenisointi, uuttaminen, stabilointi ja säilyttäminen, perinteiset menetelmät korvataan vähitellen innovatiivisilla käsittelytekniikoilla, kuten ultraäänikäsittelyllä. Ultraääni on ei-terminen elintarvikkeiden käsittelymenetelmä. Sonikoinnin etuna on sen lempeä, nopea ja puhdas käsittely, joka vähentää tuotteiden menetystä ja parantaa elintarvikkeiden laatua säilyttämällä tuoreuden ja vitamiinit.

Lääketeollisuus

Ultraäänilaitteiden sovellukset lääketeollisuudessa ovat erilaisia, kuten kemiallisten yhdisteiden synteesi, aktiivisten yhdisteiden (esim. fenolit, flavonoidit kasveista), emulgointi (voiteiden, voiteiden ja voiteiden emulsio), liposomien valmistus (kapselointi) tai virusten ja viruspatogeenien inaktivoidut rokotteet. Lääketuotannossa ultraäänilaitteiden käyttö voi lisätä tuotantokapasiteettia lisäämällä suorituskykyä. Teollisia ultraäänilaitteita voidaan käyttää laajamittaiseen farmaseuttiseen valmistukseen erä- tai jatkuvien prosessien muodossa.

Nanomateriaalit

Nanomateriaalien (kuten nanoputkien, grafeenin, nanodiamondien, keramiikan, metallioksidien jne.) fyysiset ominaisuudet (kuten optiikka ja magnetismi, erityinen lämpö, sulamispiste ja pinnan reaktiivisuus) ovat herättäneet paljon huomiota kehittyvinä materiaaleina. Mutta mitä pienemmät nanomateriaalien hiukkaset, sitä vaikeampaa on käsitellä. Suuritehoinen ultraääni on usein ainoa tapa vaikuttaa tehokkaasti nanohiukkasiin. Teho-ultraäänen vaikutus sisältää monenlaisia sovelluksia materiaalikemiassa ja kehityksessä, katalyysissa, elektroniikassa, energiassa sekä biologiassa ja lääketieteessä. Suuritehoinen ultraäänigeneraattori on tehokas tapa saada halutut nanopartikkelit.