Homogénéisation à ultrasons en laboratoire.

Les principaux domaines d'application des homogénéisateurs à ultrasons sont les suivants:

 

Désintégration des cellules, des bactéries, des virus, des spores, des champignons ou des tissus (perturbation cellulaire)

- Extraction d'ingrédients (lyse)

- Des substances homogénéisantes de toutes sortes

- Produire les émulsions les plus fines, taille de gouttelettes minimale

Dissolution des substances difficiles voire très difficiles à dissolvable dans les liquides

- Préparation de dispersions et de suspensions

- Catalyse et accélération des réactions chimiques.

En outre, il existe également une variété d'applications spéciales en chimie, en biologie et dans divers domaines techniques. Par exemple, ces dernières années, les homogénéisateurs à ultrasons sont devenus de plus en plus importants dans la recherche sur le cancer pour la préparation des liposomes. L'homogénéisation des suspensions cellulaires pour la récupération du virus ou le détachement des protéines des structures particulaires sont des applications médicales.

Les applications techniques vont de la production de peintures et de laques utilisant des ultrasons à l'homogénéisation des eaux usées en passant par la digestion des échantillons de sol à des fins d'analyse ou la détermination de la taille des grains dans l'analyse minérale. Dans la SONOCHEMIE, les applications les plus intéressantes sont celles qui accélèrent les réactions. Par exemple, il est possible d'augmenter la réactivité de métaux tels que le lithium, le magnésium, le zinc ou l'aluminium en éliminant les revêtements d'oxyde sur leurs surfaces par sonification. L'échographie a également un effet catalytique dans les réactions avec des poudres: les particules de catalyseur sont broyées par cavitation et une surface de réaction plus grande est formée. La poudre de nickel augmente, par ex. son effet catalytique par la sonification de plus de 100 000 fois.

Les homogénéisateurs peuvent également être utilisés pour la formation de composés organométalliques, pour la destruction de chaînes de haut poids moléculaire (dépolymérisation) ou pour la fusion de particules métalliques dans des liquides. Le chauffage et le refroidissement locaux rapides par la cavitation ultrasonique dans les liquides permettent également la décomposition de H2O en radicaux H + et OH- extrêmement réactifs. Et le craquage des alcanes (constituants principaux du pétrole brut) en fragments plus petits (par exemple l'essence), qui se produit habituellement à des températures supérieures à 500 ° C, réussit à la température ambiante avec une sonification.

Dans le laboratoire de la Croix-Rouge allemande à Berlin, une découverte a été faite qui fait gagner beaucoup de temps et de travail dans le test dit de paternité: les homogénéisateurs à ultrasons peuvent être utilisés pour préparer les analyses approfondies. Ceci produit un hémolysat sans stroma, une solution de sang dans laquelle la matrice de cellules a été enlevée. Normalement, il faut laisser le toluène agir sur la solution à 4 ° C pendant au moins une demi-heure puis secouer à la main le tissu (= stroma) dans le toluène. D'autre part, avec un homogénéisateur à ultrasons, il suffit de «soniquer» la solution sanguine pendant quelques secondes, détruisant ainsi mécaniquement la structure cellulaire. Le stockage et l'agitation sont omis, le temps de traitement est réduit de plus de 30 minutes à environ 5 secondes. Cet exemple détaillé indique déjà certains aspects essentiels de l'application pratique des homogénéisateurs à ultrasons:

Certaines substances peuvent être délibérément détruites, de longues procédures peuvent être radicalement simplifiées, le rendement de nombreuses réactions est augmenté et on trouve toujours plus de nouvelles applications encore inconnues. La recherche par ultrasons s'avère être un domaine fascinant, qui confronte le chercheur avec des résultats surprenants. Par exemple, on peut briser de longues chaînes de molécules par ultrasons si elles ont un poids moléculaire élevé correspondant. Par contre, certaines macromolécules augmentent même en taille et en complexité lorsqu'elles sont exposées aux ultrasons. La poliomyélite et d'autres virus ne sont extérieurement pas altérés par la sonification (c'est-à-dire qu'ils ne se brisent pas) - mais étonnement, ils sont toutefois facilement tués de cette manière. Et un dernier exemple: La levure Saccharomyces globulus ne contient normalement aucune trace de l'enzyme invertase, qui clive le saccharose. En utilisant l'ultrason, cependant, l'invertase peut être détectée immédiatement (probablement l'enzyme était présente sous une forme chimiquement inactive et a été réveillée par les ondes ultrasonores, pour ainsi dire, d'un sommeil chimique). Enfin, dans un souci d'exhaustivité, il convient de mentionner une application complètement différente des ondes ultrasonores - en tant que moyen de support pour le nettoyage d'objets de toutes sortes.

La cavitation déclenche également dans le liquide des micro-flux - appelés "jet-streams" - qui sont capables de dissoudre les salissures même les plus tenaces plus tenaces d'une surface. Et parce que la cavitation a lieu partout où se trouvent les ondes ultrasonores dans le fluide, cette méthode est idéale pour nettoyer des pièces complexes et tordues qui sont autrement difficiles ou impossibles d'accès: outils, valves, buses, assemblages, soudures, plaques imprimées, etc. Pour de telles applications, cependant, les homogénéisateurs à ultrasons produisent un champ de cavitation trop petit, ce qui explique l'utilisation de bacs de nettoyage. Par une pluralité d'oscillateurs piézocéramiques, montés sur le sol ou suspendus de l'extérieur dans la cuve, il est obtenu que dans l'ensemble du volume de liquide, une cavitation est générée.

Plus d'information sur la fonction d'un homogénéisateur à ultrasons et le développement de cavitation et de l'amplitude en fonction de la puissance, du volume de sonification et de la température.