Wpływ ultradźwięków na komórki zwierzęce i roślinne

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Kawitacja w środowisku jest główną przyczyną destrukcyjnego wpływu ultradźwięków na mikroorganizmy. Jeśli tworzenie się bąbelków zostało stłumione przez zwiększenie ciśnienia zewnętrznego, wówczas niszczący wpływ na pierwotniaki zmniejszył się. Niemal natychmiastowe pęknięcie obiektów w polu ultradźwiękowym zostało spowodowane przez pęcherzyki powietrza lub dwutlenek węgla w komórkach roślinnych uwięzionych w tych organizmach.

To pokazuje, że duże różnice ciśnień powstające podczas kawitacji prowadzą do pękania błon komórkowych i całych małych organizmów. Wielokrotnie badano wpływ ultradźwięków na różne rodzaje grzybów. Tak więc ultradźwięki są z powodzeniem stosowane w fitopatologii. Na nasionach buraka cukrowego porażonych naturalnie Phoma betae, Cercospora beticola, Alternaria sp. czy Fusarium sp., można było znacznie lepiej zniszczyć te grzyby i bakterie przez krótkotrwałe napromieniowanie ultradźwiękami w wodzie niż za pomocą wytrawiania. Naświetlanie nasion ultradźwiękami podczas zaprawiania znacznie wzmacnia działanie substancji grzybobójczej lub bakteriobójczej. Powodem najwyraźniej jest to, że wibracje dźwiękowe zwiększają szybkość dyfuzji wody i rozpuszczonych w niej substancji przez błony komórek roślinnych, co powoduje szybsze działanie na grzyby i bakterie.

Ultradźwięki mają również negatywny wpływ na poszczególne komórki organizmów wyższych. Podczas napromieniania czerwonych krwinek (erytrocytów) zaobserwowano: utraciły swój pierwotny kształt i rozciągnęły się; w tym samym czasie doszło do ich przebarwienia (w wyniku hemolizy). Po dalszym napromieniowaniu w końcu pękły i rozpadły się na wiele oddzielnych małych kulek.

Już w 1928 roku ustalono, że świetliste bakterie są niszczone przez ultradźwięki. W kolejnych latach opublikowano wiele prac dotyczących wpływu fal ultradźwiękowych na bakterie i wirusy. Jednocześnie okazało się, że wyniki mogą być bardzo zróżnicowane: z jednej strony zaobserwowano wzmożoną aglutynację, utratę zjadliwości lub całkowitą śmierć bakterii, z drugiej strony odnotowano również efekt odwrotny – wzrost liczba zdolnych do życia osobników. To ostatnie występuje szczególnie często po krótkotrwałym napromienianiu i można je wytłumaczyć tym, że podczas krótkotrwałego napromieniania następuje przede wszystkim mechaniczne oddzielenie nagromadzeń komórek bakteryjnych, dzięki czemu z każdej pojedynczej komórki powstaje nowa kolonia.

Stwierdzono, że pręciki duru brzusznego są całkowicie zabijane przez ultradźwięki o częstotliwości 4,6 MHz, a gronkowce i paciorkowce tylko częściowo. Wraz ze śmiercią bakterii następuje jednocześnie ich rozpuszczanie, czyli niszczenie struktur morfologicznych, tak że po działaniu ultradźwięków nie tylko zmniejsza się liczba kolonii w danej kulturze, ale liczenie osobników wykazuje spadek zachowane morfologicznie formy bakterii. Po napromieniowaniu ultradźwiękami o częstotliwości 960 kHz bakterie o wielkości 20–75 µm są niszczone znacznie szybciej i pełniej niż bakterie o wielkości 8–12 µm [23].

W Moskiewskim Centralnym Instytucie Badawczym Traumatologii i Ortopedii im. V. I. NN Priorov prowadził badania [24] nad wpływem kawitacji ultradźwiękowej o niskiej częstotliwości na aktywność życiową różnych szczepów gronkowca. W doświadczeniach in vitro uzyskano następujące wyniki. Obróbkę ultradźwiękową przeprowadzono w temperaturze 32°C przy użyciu dezintegratora ultradźwiękowego firmy MSE (Wielka Brytania), który posiada następujące parametry techniczne: moc 150 W, częstotliwość drgań 20 kHz, amplituda 55 μm. Czas ekspozycji wynosił 1, 2, 5” 7, 10 minut. Do każdej ekspozycji użyto oddzielnych fiolek z 5 ml zawiesiny mikroorganizmów zawierającej 2500 ciał drobnoustrojów w 1 ml płynu. pożywki bezpośrednio po obróbce ultradźwiękami nie tylko nie osłabienie, ale przy niektórych ekspozycjach sondowania (1-3 min) nawet nieznacznie się nasila. Były nieznaczne i prawie nie różniły się od kontroli. rozwój zaburzeń metabolicznych w komórkach, dlatego inokulację gronkowca na pożywkach stałych badano 24, 36 i 48 godzin po USG Przed wysiewem na szalkach Petriego hodowano sonikowane szczepy gronkowca oraz w probówkach z bulionem w termostacie w 37°C. Stwierdzono, że po 24 i 36 godzinach od zabiegu ultradźwiękami zmniejsza się liczba wyhodowanych kolonii gronkowców w porównaniu z kontrolą, a wskaźnik wysiewu gronkowców jest odwrotnie proporcjonalny do czasu sondowania drobnoustrojów. Po 7-10 minutach sonikacji wysiew albo nie dał żadnego wzrostu, albo pojedyncze kolonie nietypowe dla gronkowca wyrosły na szalkach Petriego. Po 48 godzinach hamujące działanie ultradźwięków było wyraźniejsze i objawiało się dalszym spadkiem wysiewu drobnoustrojów przy wszystkich ekspozycjach.

Badanie wrażliwości udźwiękowionych mikroorganizmów na działanie niektórych antybiotyków i środków antyseptycznych wykazało, że w 8 z 13 stosowanych leków minimalne stężenie hamujące po leczeniu ultradźwiękami gronkowca zmniejszyło się 2-4 razy. Wskazuje to na możliwość łącznego zastosowania drgań ultradźwiękowych o niskiej częstotliwości i roztworów przeciwbakteryjnych dla bardziej efektywnego działania na komórkę drobnoustroju [7, 10].

Destrukcyjny wpływ fal ultradźwiękowych zależy od stężenia zawiesiny bakteryjnej. W zbyt gęstej, a przez to bardzo lepkiej zawiesinie nie obserwuje się niszczenia bakterii, ale obserwuje się jedynie ogrzewanie. Różne szczepy tego samego gatunku bakterii mogą mieć zupełnie inny stosunek do napromieniania ultradźwiękami [11].

Można zatem stwierdzić, że wpływ ultradźwięków na biomateriał ogólnie, a na mikroorganizmy w szczególności zależy od wielu czynników środowiskowych i stanu materii ożywionej, aw rzeczywistości jest raczej trudny do przewidzenia.

Na oddziale SSTU przeprowadzono eksperymenty z myciem ultradźwiękowym tytanowych śródkostnych implantów zębowych w różnych roztworach roboczych.

Czyszczenie produktów jest tym wydajniejsze, im bliżej są one do powierzchni emitującej emitera. Wraz z odległością od emitera intensywność drgań ultradźwiękowych zmienia się wzdłuż wyidealizowanej krzywej. Najlepszy wynik uzyskano przy natężeniu 16 W/cm2 w wodzie wodociągowej i przemysłowej o temperaturze 50 + 5 ° C przy stężeniu sulfanolu 0,25% z czasem sonikacji 5-10 minut (ryc. 2.1). Nadźwiękowione produkty znajdowały się w odległości nie większej niż 10 mm od powierzchni emitującej.

Tak więc, zgodnie z eksperymentami, wzrost intensywności z 0,4 do 16 W / cm2 daje poprawę jakości czyszczenia (ryc. 2.2), ale w żadnym trybie nie osiąga się 100% sterylizacji produktów.