Princip fungování ultrazvukového nástroje pro narušení buněk

Ultrazvuk je druh elastické mechanické vlny v hmotném médiu. Jedná se o vlnovou formu, lze ji tedy využít k detekci fyziologických a patologických informací lidského těla, konkrétně diagnostického ultrazvuku. Zároveň je to také forma energie, která při přenosu určité dávky ultrazvuku uvnitř organismu dochází k vzájemné interakci. Ultrazvuk je elastický mechanický zvuk v hmotném prostředí a jeho účinky na buňky zahrnují především tepelné účinky, kavitační účinky a mechanické účinky.
Tepelný efekt spočívá v tom, že když se ultrazvuk šíří v médiu, tření brání molekulárním vibracím způsobeným ultrazvukem, což způsobuje přeměnu určité energie na místní vysoké teplo (42-43 stupňů ). Je to proto, že kritická letální teplota normální tkáně je 45,7 stupňů a nádorová tkáň je citlivější než normální tkáň. Proto při této teplotě dochází k narušení metabolismu nádorových buněk a k ovlivnění syntézy DNA, RNA a proteinů, čímž dojde k usmrcení rakovinných buněk bez ovlivnění normální tkáně. Kavitační efekt je tvorba vakuol v organismech pod ultrazvukovým zářením, které generují mechanický smykový tlak a turbulence s vibrací a prudkou explozí vakuol, což způsobuje krvácení z nádoru, rozpad tkáně a nekrózu. Kromě toho, když kavitační bublina praskne, generuje okamžité vysoké teploty (asi 5000 stupňů) a vysoké tlaky (až 500 × 104 Pa) mohou způsobit tepelnou disociaci vodní páry. OH volné radikály a. H atomy. Redox způsobený. OH volné radikály a. H atomy mohou vést k degradaci polymeru, inaktivaci enzymů, peroxidaci lipidů a zabíjení buněk. Mechanický účinek je primárním účinkem ultrazvuku. Během procesu šíření ultrazvuku představuje střídavé stlačování a roztahování částic média změnu tlaku, která způsobuje poškození buněčné struktury. Síla zabíjejícího účinku úzce souvisí s frekvencí a intenzitou ultrazvuku.
Zároveň je to také forma energie, která může při šíření určité dávky ultrazvuku v organismu způsobit změny ve funkci a struktuře organismů jejich interakcí, tzv. ultrazvukový biologický efekt.
Princip ultrazvukového nástroje pro narušení buněk není příliš záhadný a komplikovaný. Zjednodušeně řečeno jde o přeměnu elektrické energie na energii zvukovou prostřednictvím měniče. Tato energie se transformuje na husté malé bublinky prostřednictvím kapalného média (jako je voda), které rychle explodují a produkují energii jako malá bomba, čímž hrají roli při rozkladu látek, jako jsou buňky (běžně známý jako „kavitační efekt“). .