超声波声化学在医学中的应用有哪些？

随风西阳

超声波可用于化学以提高反应速率和产物的产率。超声波对化学反应的大部分影响是由于空化：溶剂中小气泡的形成和破裂。在这篇综述中，我们首先概述了空化的物理背景，并讨论了它对声强和频率、溶剂和温度等因素的依赖性。超声波对化学反应的影响被考虑用于均相反应和非均相液固系统。第一个领域主要通过讨论超声波对聚合和解聚反应的影响来说明，第二个领域通过有机合成中的选定实例进行说明。还简要讨论了超声改变反应机制以支持均溶（而不是异溶）途径的趋势。在声化学条件下对特定路径的特定偏好，不同于机械搅拌下的路径，被称为“声化学转换”。比较了用于实验室规模实验的超声波设备，并给出了一些实用的“技巧和陷阱”。
超声波破碎和裂解细胞
超声波声化学设备主要用于样品制备和生产。这些领域尤其包括各种物质的均质化、乳化和悬浮，以及化学反应的加速、细胞破碎和细胞内容物的提取。使用超声波声化学设备可以选择性地破坏某些物质，可以缩短繁琐的制备过程并提高许多反应的产率。与行星式球磨机、转子/定子或间隙均质机等机械加工设备的比较表明，超声波声化学设备以更高的效率工作，特别是使可重复的结果成为可能。分析的趋势是样本量越来越小，化学品的使用也越来越少。例如，近年来，超声波声化学设备的使用变得至关重要，即使是最小的样品量也需要快速、经济且可重复地进行处理。
细胞和微生物的破坏
在现代实验室中，超声波声化学设备用于破坏细胞壁以提取细胞内容物，例如蛋白质，而不会损坏它们。一部分引入细胞悬液的能量通过摩擦转化为热量。为了避免对细胞内容物的热损伤，样品在超声波处理期间要么周期性地间歇性超声波处理，要么在冷却容器中冷却。玫瑰花池能够对微生物进行均匀的超声波处理，因为超声波能量迫使样品在探头下方和整个侧臂中反复循环。置于冰浴中，由于玻璃表面扩大，可有效冷却内容物。
细胞膜的破坏在很大程度上取决于细胞的弹性。细胞成分，如线粒体或细胞质，可以通过改变输入超声波能量和提取功率来部分地破坏。对于特别耐药的细菌（例如链球菌）、真菌、孢子、酵母或组织样本，可以通过微尖端以非常高的超声波振幅进行直接破坏，因为微尖端可以将非常大的能量输入到最小的样本量中。
当使用微升量时，容器中的泡沫和飞溅是一个更大的问题。可能会造成宝贵的样品材料损失。因此，功率调节非常重要。如果要破坏壁不稳定的细胞，只需要很小的功率或小振幅。为了连续大量溶解，使用带有超声室的玻璃或不锈钢制成的特殊流动容器以相同的强度处理悬浮液的每个颗粒。如果容器额外配备了冷却夹套，则可以排除对细胞内容物的热损坏。为了避免外来颗粒的污染——例如探头的侵蚀颗粒——优选在杯式增压器或杯式喇叭中进行间接超声波处理。这种方法实现了均匀的强度和冷却。

在生物化学和医学中的应用：
组织培养的破坏
亚细胞成分和病毒被破坏而没有任何破坏。
亲子鉴定
从假定父亲的EDTA血液中快速提取不含基质的溶血物，用于亲子鉴定（将准备时间减少约30分钟）。
泌尿外科
精子成分的生化膜分析。
基因研究
从人体材料中提取DNA。
脂质体制备
使用超声波 (20 kHz) 分解MLV（多层脂质体）是生产SLV（单层脂质体）的主要方法。
天花疫苗的治疗
制备均匀分布的感染溶液。
分散
借助超声波能量，可以将固体颗粒甚至液体分散到另一种载体中。纳米级粉末，如二氧化钛或热解二氧化硅，由于其较大的比表面积和不断增加的反应电位，越来越多地用于生产测试油漆和油漆，或用于小车身表面的抛光。此外，这些物质具有聚集的不利趋势，因此流动性和润湿性变差。形成的附聚物通过超声波均化器被破坏并且分散体永久稳定以防止再附聚。
在粒度分析中，分散对于测量过程非常重要。颗粒只能在测量过程中被识别，并且它们在测量区域中作为可检测的测量信号出现。因此，未分散的附聚物导致相当大的错误测量。在超声波的帮助下，颗粒被细分，从而为后续测量做好准备。
当用超声波乳化时，油和水等两种不混溶的液体被加工成准均质的乳液。与使用例如转子的传统方法相比，在超声波的帮助下可以产生具有非常小液滴尺寸和非常高稳定性的精细分散的乳液。既不发生团块或簇的形成，也不发生液滴的沉降。使用转子或搅拌器等传统方法时，缓慢搅拌通常会导致液体分离。搅拌太快会导致不希望有的空气夹杂物。超声波均质机通常用于药店，用于高质量小规模生产软膏。
在日常生活中会遇到许多不同形式的超声波均质乳液，例如在化妆品或乳液中。
均质化
超声波均质的技术应用范围从油漆和清漆的生产到用于分析目的的废水和土壤样品的均质，再到用于粒度分析的样品制备。尤其是工业废水，在环境实验室中不断检查是否存在重金属、脂肪或油，以便在浓度超标时立即采取措施。对于具有代表性的分析结果，有必要将废水样品转化为均质状态。这是通过在很短的时间内以高可靠性进行超声波均质来实现的。
为了表征废物样品的填埋可能性和污染物评估，例如土壤中的 PAH（多环芳烃）、重金属或 MKW（矿物油烃），超声波提取被用作快速均质过程作为洗脱的替代方法。
在农业中，超声波均质器用于样品制备，以随后确定大麻中的 THC 含量以及根据土壤负荷确定蔬菜食品（例如草莓）中的 PAH 浓度。
超声波均质机经常用于食品质量控制。为了符合限值，必须在实验室中测定奶酪的硝酸盐含量。以前使用二甲酚甲醇蒸馏和随后的光度法的方法在毒理学上非常有问题，而且特别耗时。因此，为了定量测定硝酸盐含量，或者将奶酪机械预压碎。然后在很短的时间内用超声波在玫瑰花结细胞中进行密集和精细的均质化。可实现的粒径小于 1 μm，并且由于不会发生聚集体形成，因此大大促进了后续过滤以定量洗出离子。

来源：https://www.163.com/dy/article/I2980F5805561H6K.html
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