بالموجات فوق الصوتية التجانس ( Ultrasonic Homogenization ) هو نوع من التكنولوجيا التي تستخدم الآثار المادية الناجمة عن الموجات فوق الصوتية عالية التردد الاهتزاز في معالجة المواد السائلة أو شبه السائلة . وظيفتها الأساسية هي كسر الجسيمات ، قطرات أو المجاميع في المواد من خلال وظائف مثل التجويف تأثير القص الميكانيكية والاضطراب الناجم عن الموجات فوق الصوتية ، وتحقيق غرامة ، والتشتت ، والخلط ، استحلاب أو سحق الخلية من المواد ، وأخيرا الحصول على نظام موحد مع مكونات عالية والاستقرار .
ويستخدم على نطاق واسع في العديد من المجالات ، مثل صناعة الأغذية ، والطب الحيوي ، علم المواد ، ومستحضرات التجميل ، وما إلى ذلك ، هو مفتاح التكنولوجيا لتحقيق التجانس الجزئي تجهيز المواد .
مبدأ العمل الأساسي : كيف بالموجات فوق الصوتية تحقيق التجانس ؟
القوة الدافعة الرئيسية بالموجات فوق الصوتية التجانس هو التجويف تأثير ، والتي يمكن أن تكون جنبا إلى جنب مع القص الميكانيكية والاضطراب لتحقيق رقيق و التجانس .
التجويف تشكيل : مولد بالموجات فوق الصوتية تنتج 15 كيلو هرتز ~ 1 ميغاهيرتز عالية التردد الموجات الصوتية ، من خلال التحقيق ( بالموجات فوق الصوتية القرن ) في المواد . موجة الصوت بالتناوب يضغط وتمتد العمل ، يمكن أن تشكل في السائل الكثير من الصغيرة " cavitating فقاعة " ( فقاعة صغيرة مليئة الغاز أو البخار ) .
التجويف فقاعة النمو والانهيار : مع الموجات الصوتية الاهتزاز ، التجويف فقاعة التوسع المستمر في مرحلة الشد ، والانهيار السريع في مرحلة الضغط ( الحياة فقط بضعة ميكروثانية ) . لحظة الانهيار سوف تنتج الظروف المادية المتطرفة محليا :
ارتفاع درجة الحرارة المحلية ( تصل إلى 5000K ) ، وارتفاع الضغط ( تصل إلى 100mpa ) ؛
طائرة قوية ( سرعة تصل إلى 100 م / ث ) و موجة الصدمة .
الاضطراب الشديد و قوى القص .
تجانس المواد : هذه الظروف القاسية يمكن أن تؤثر مباشرة على الجسيمات ، قطرات ، أو الخلايا في المواد :
كسر المجاميع من الجزيئات الصلبة ( على سبيل المثال ، تشتت الجسيمات النانوية في السائل ) ؛
المسيل للدموع قطرات من السائل ( على سبيل المثال ، مستحلب النفط في المياه ) ؛
كسر جدار الخلية ( على سبيل المثال ، كسر البكتيريا أو الخلايا النباتية ) في نهاية المطاف إلى تشكيل نظام موحد تشتت المواد .
التطبيق الرئيسي المشهد : بالموجات فوق الصوتية التجانس " ماذا يمكن أن أفعل ؟ "
تطبيق بالموجات فوق الصوتية التجانس تغطي العديد من الصناعات ، جوهر هو حل " عدم المساواة في المواد " ، " الجسيمات الكبيرة جدا " ، " من الصعب تفريق " وغيرها من القضايا ، سيناريوهات محددة على النحو التالي :
1 - مجال الطب البيولوجي : تجزئة الخلايا واستخراج المكونات
هذا هو واحد من التطبيقات الكلاسيكية التجانس بالموجات فوق الصوتية ، وتستخدم أساسا لاستخراج المكونات النشطة من الخلايا .
كسر الخلية : من خلال تأثير التجويف و قوة القص ، كسر جدار الخلية من البكتيريا والخميرة والخلايا النباتية ( مثل الطحالب ، الطب الصيني التقليدي الخلايا ) ، والإفراج عن الخلايا من البروتين ، انزيم ، الأحماض النووية ، والسكريات وغيرها من المواد الفعالة .
على سبيل المثال : المؤتلف البروتين من الإشريكية القولونية تم استخراجها من المختبر ، السكاريد من غانوديرما وكيدوم غانوديرما بوغ ، الكلوروفيل من الطحالب تم استخراجها .
إعداد التجانس : يستخدم في إعداد نانو المخدرات الناقل ( على سبيل المثال ، الحويصلية ، جسيمات متناهية الصغر ) ، من خلال صقل قطرات السائل لجعل المخدرات أكثر تجانسا التشتت ، وتحسين قابلية الذوبان والتوافر البيولوجي من المخدرات .
على سبيل المثال ، نانومتر إعداد الأدوية المضادة للسرطان يمكن أن تقلل من حجم الجسيمات من المخدرات ، وتعزيز تغلغل الأنسجة السرطانية .
2 - الصناعات الغذائية والمشروبات : الاستحلاب ، والتشتت ، وتحسين الجودة
فائدة نموذج يستخدم لتحسين الذوق والاستقرار والقيمة الغذائية من المواد الغذائية ، وتجنب مشاكل التبطين ، الترسيب ، الخ .
استحلاب : مزيج من السوائل غير قابلة للذوبان ( مثل النفط والماء ) في مستحلب مستقرة .
على سبيل المثال : جعل سلطة خلع الملابس ( النفط المرحلة + المرحلة المائية استحلاب ) ، البروتين النباتي المشروبات ( مثل حليب الصويا ، وتجنب ترسب جزيئات البروتين ) ، الآيس كريم ( صقل كرات الدهون ، وتحسين طعم غرامة ) .
تفريق العلاج : كسر التكتل من مسحوق المواد في السائل ، وتحقيق موحد تفريق .
على سبيل المثال : صلصة الشوكولاته ( غرامة مسحوق الكاكاو الجسيمات ، وتجنب التكتل ) ، عصير ( تفريق اللب الجسيمات ، وتحسين طعم التوحيد ) ، والمكملات الغذائية ( مثل مسحوق البروتين ، البروبيوتيك السائل التشتت ) .
التعقيم : ارتفاع في درجة الحرارة وارتفاع الضغط الناجم عن تأثير التجويف يمكن أن تساعد في قتل بعض الكائنات الحية الدقيقة ( مثل البكتيريا والعفن ) ، جنبا إلى جنب مع عملية التعقيم التقليدية لتعزيز سلامة الأغذية ( غير الرئيسية وسائل التعقيم ، ومعظمهم من المساعدة ) .
3 - مجال علم المواد : إعداد المواد النانوية وتشتت
فائدة نموذج يستخدم في إعداد أو معالجة المواد النانومترية ، يحل مشكلة أن مسحوق نانومتر من السهل تجميع .
نانو مسحوق التشتت : أنابيب الكربون النانوية ، الجرافيت ، نانو ثاني أكسيد التيتانيوم وغيرها من مسحوق نانو مشتتة في الماء أو المذيبات العضوية على شكل تشتت مستقرة ( تجنب التكتل الناجم عن تدهور الأداء ) .
على سبيل المثال : إعداد عجينة موصل الجرافين ( تشتت موحدة يمكن أن تضمن التوصيل ) ، نانو الطلاء ( صقل جزيئات الصباغ ، وتحسين نعومة ومقاومة التآكل من الطلاء ) .
نانو المواد التوليف : من خلال التجويف تأثير الظروف القاسية ، الناجم عن التفاعلات الكيميائية لإنتاج جسيمات متناهية الصغر ( مثل المعادن النانوية ، نقاط الكم ) ، وحجم الجسيمات أكثر موحدة ، وحجم الجسيمات يمكن السيطرة عليها .
4 - مستحضرات التجميل والمواد الكيميائية اليومية : إعداد وتحسين نسيج مستحلب
المستحلبات والكريمات في مستحضرات التجميل هي في معظمها المستحلبات . بالموجات فوق الصوتية التجانس يمكن أن تعزز الاستقرار والشعور من المنتجات .
مستحلب إعداد : النفط المرحلة ( مثل الزيوت المعدنية والزيوت النباتية ) و المرحلة المائية ( مثل الجلسرين والماء ) من خلال الاستحلاب لتشكيل مستحلب مستقرة ، وتجنب التبطين .
على سبيل المثال : كريم الوجه ( صقل جزيئات الدهون ، مما يجعل الملمس أكثر حساسية وسهلة الامتصاص ) ، واقية من الشمس ( تفريق جزيئات واقية من الشمس ، وتحسين تأثير واقية من الشمس والشعور الجلد ) .
تفريق المكونات النشطة : فيتامين ج ، نيكوتيناميد وغيرها من المكونات النشطة بالتساوي تفريق في المواد الأساسية ، لضمان فعالية المنتج الاتساق .
5 - مجال الهندسة البيئية : معالجة مياه الصرف الصحي وتدهورها
استخدام الموجات فوق الصوتية التجويف تدهور الملوثات ، أو المعالجة الحمأة .
تدهور الملوثات العضوية : جذور الهيدروكسيل ( أوه ) التي تنتجها التجويف انهيار قوي الأكسدة ، والتي يمكن أن تتحلل المواد العضوية ( مثل المبيدات الحشرية ، والأصباغ ، الملوثات النفطية ) في مياه الصرف الصحي .
الحمأة المعالجة : سحق الخلايا الميكروبية في الحمأة ، والإفراج عن الرطوبة داخل الخلايا ، والحد من محتوى الرطوبة من الحمأة ، لتسهيل متابعة الجفاف العلاج .