Ultrazvuková kapalinová úprava a její aplikace

Ultrazvukové procesy ošetření kapalin zahrnují ultrazvukovou emulgaci, sterilizaci, disperzi a homogenizaci atd. Tyto ultrazvukové procesy jsou široce používány při výrobě a přípravě kosmetiky a produktů osobní péče, léčiv, nanomateriálů a palivového průmyslu.

01

Při míchání nemísitelných kapalin do emulzí jsou velikost kapiček a distribuce klíčovými faktory stability emulze. Ultrazvukové emulgační zařízení může produkovat velmi jemné kapičky a úzké velikosti. Ve většině případů může sonifikační zařízení produkovat submikronové kapičky při přípravě emulzí po dávkách nebo in-line. Na rozdíl od vysokotlakých homogenizátorů mohou vysoké smykové síly generované ultrazvukovým emulgačním zařízením emulgovat i kapaliny s vyšší viskozitou, jako je těžký topný olej (HFO). Některé formulace mohou vyžadovat přidání emulgátorů nebo stabilizátorů. V tomto případě také fakoemulgační zařízení napomáhá k rovnoměrnému promíchání emulgátoru.

Pro mnoho průmyslových odvětví je kontrola růstu bakterií a řas ve vodě proces úzce související s výrobou. Ultrazvukové zařízení na úpravu vody je známé pro svůj účinek na buněčnou strukturu způsobující buněčnou lýzu a buněčnou smrt, stejně jako pro svou čisticí sílu v důsledku mechanického nárazu. Kromě toho lze velmi jednoduchým, ale účinným krokem sonikace, biofilmu, zbytky úspěšně odstranit z nádrží, sudů, kontejnerů a dokonce i filtrů. Vysokofrekvenční vibrační a kavitační smyková síla generovaná ultrazvukovým zařízením eliminuje kontaminaci vody a kapalin. Zbývající zbytky lze snadno opláchnout bez potřeby jakýchkoli kontaminujících čisticích prostředků.

Částice a dokonce i disperze lze snadno získat ultrazvukem. Ultrazvukové zařízení lze použít k výrobě jemné disperze a depolymerizace v mikro- a nanoměřítku. Ultrazvukové disperzní zařízení může rozbít práškové aglomeráty v kapalinách, které konvenční míchadla a mixéry s vysokým střihem nemohou rozbít. Vysoké kavitační smykové síly rozptylují a homogenizují aglomerované částice, což vede k většímu povrchu.

Dezintegrace nebo lýza buněk je běžný proces při každodenní přípravě vzorků v biotechnologických laboratořích. Cílem lýzy je zničit část buněčné stěny nebo celou buňku, aby se uvolnily biomolekuly. Takzvané lyzáty mohou zahrnovat například plazmidy, receptorové testy, proteiny, DNA, RNA a podobně. Následnými kroky po lýze jsou izolace, izolace organel nebo/a extrakce a konzervace proteinu. Ultrazvukové zařízení je běžným nástrojem pro úspěšnou lýzu a extrakci buněk.

Mikrobiální inaktivace je kritickým procesem při zpracování potravin. Vzhledem k rostoucí poptávce po čerstvých, mírně zpracovaných potravinách reaguje průmysl na potřeby zákazníků nahrazením izolačních materiálů mírnějšími metodami zpracování. Vzhledem k tomu, že mikroorganismy jsou hlavní příčinou kažení potravin, je třeba na ně použít konzervační techniky. Ultrazvukové sterilizační zařízení je netepelná technologie, která inaktivuje mikroorganismy v produktu pro lepší zachování organoleptických vlastností, výživy a funkčnosti produktu. Výhodou sonikace je, že intenzita sonikace může být zcela řízena, takže může být provedena inaktivace mikroorganismů.

02

Pro výrobu kosmetiky je smíchání ingrediencí nezbytným krokem. Vysoce výkonný ultrazvuk umožňuje jemnozrnnou homogenizaci, disperzi a emulgaci např. pro přípravu krémů a pleťových vod, laků na nehty a kosmetiky. Schopnosti ultrazvuku pro extrakci a konzervaci jsou také dobře známé. Protože se mnoho kosmetických přísad, jako jsou lipidy, proteiny, aromatické sloučeniny nebo barviva z buněk získává extrakcí, je ultrazvukové zařízení potenciálním nástrojem pro některé nové formulace.

Běžné zpracovatelské kroky, jako je míchání a homogenizace, extrakce, stabilizace a konzervace, tradiční metody jsou postupně nahrazovány inovativními zpracovatelskými technikami, jako je ultrazvukové ošetření. Ultrazvuk je netepelná metoda zpracování potravin. Výhodou sonikace je její šetrné, rychlé a čisté zpracování, které snižuje ztráty produktu a zlepšuje kvalitu potravin zachováním čerstvosti a vitamínů.

Farmaceutický průmysl

Aplikace ultrazvukových zařízení ve farmaceutickém průmyslu jsou rozmanité, jako je syntéza chemických sloučenin, extrakce účinných látek (např. fenoly, flavonoidy z rostlin), emulgace (emulze pleťových vod, krémů a mastí), příprava liposomů (enkapsulace) nebo inaktivace vakcíny proti virům a virovým patogenům. Ve farmaceutické výrobě může použití ultrazvukového zařízení zvýšit výrobní kapacitu zvýšením propustnosti. Průmyslová ultrazvuková zařízení lze použít pro velkoobjemovou farmaceutickou přípravu ve formě vsádkových nebo kontinuálních procesů.

Nanomateriály

Fyzikální vlastnosti (jako je optika a magnetismus, specifické teplo, bod tání a povrchová reaktivita) nanomateriálů (jako jsou nanotrubice, grafen, nanodiamanty, keramika, oxidy kovů atd.) přitáhly velkou pozornost jako nově vznikající materiály. Ale čím menší jsou částice nanomateriálů, tím obtížnější je manipulace. Vysoce výkonný ultrazvuk je často jediným způsobem, jak účinně ovlivnit nanočástice. Vliv výkonového ultrazvuku zahrnuje širokou škálu aplikací v chemii a vývoji materiálů, katalýze, elektronice, energetice, biologii a medicíně. Vysoce výkonný ultrazvukový generátor je efektivní způsob, jak získat požadované nanočástice.