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超聲波破碎儀的原理和用途

來源:山東萊恩德智能科技有限公司   2025年04月21日 15:02  

  超聲波破碎儀是一種利用超聲波在液體中產(chǎn)生空化效應(yīng)來破碎細胞、組織或其他物質(zhì)的儀器。以下是其原理和用途的詳細介紹:

  1、原理

  超聲波的產(chǎn)生:超聲波破碎儀由發(fā)生器和換能器組成。發(fā)生器產(chǎn)生高頻電信號,換能器將電信號轉(zhuǎn)換為機械振動,從而產(chǎn)生超聲波。超聲波是一種頻率高于20kHz的聲波,具有能量集中、方向性好等特點。

  空化效應(yīng):當(dāng)超聲波在液體中傳播時,會引起液體分子的劇烈振動,形成疏密相間的區(qū)域。在稀疏區(qū)域,液體壓力降低,當(dāng)壓力降低到一定程度時,液體中會形成微小的氣泡,這一過程稱為空化核的形成。隨著超聲波的繼續(xù)作用,空化核迅速膨脹,然后突然閉合,產(chǎn)生強烈的沖擊力和局部高溫高壓環(huán)境。這種空化效應(yīng)能夠破壞細胞的細胞壁、細胞膜,使細胞內(nèi)容物釋放出來,同時也能使大分子物質(zhì)斷裂成較小的片段。

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  2、用途

  細胞破碎:在生物學(xué)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,常用于破碎細菌、酵母、動植物細胞等,以便提取細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸、酶等生物大分子。例如,在基因工程中,需要將含有目的基因的細胞破碎,釋放出DNA進行后續(xù)的操作。

  組織勻漿:可用于將動物組織或植物組織破碎成均勻的漿液,便于進行組織學(xué)分析、生化檢測等。比如,在研究動物肝臟組織的代謝功能時,需要先將肝臟組織勻漿,然后測定其中各種酶的活性。

  生物大分子提取:有助于從生物樣品中提取和純化蛋白質(zhì)、核酸、多糖等生物大分子。通過超聲波破碎細胞或組織,可以使生物大分子從細胞內(nèi)釋放到溶液中,再經(jīng)過后續(xù)的分離和純化步驟,得到高純度的生物大分子。

  納米材料制備:在材料科學(xué)領(lǐng)域,可用于制備納米材料。超聲波的空化效應(yīng)能夠在液體中產(chǎn)生局部的高溫高壓環(huán)境,促進化學(xué)反應(yīng)的進行,同時還能起到分散和細化顆粒的作用,有助于制備出粒徑均勻、分散性好的納米材料。

  污水處理:利用超聲波破碎儀產(chǎn)生的超聲波可以降解污水中的有機污染物。空化效應(yīng)產(chǎn)生的高溫高壓環(huán)境能夠使水分子裂解產(chǎn)生羥基自由基等強氧化性物質(zhì),這些自由基可以將有機污染物氧化分解為二氧化碳和水等無害物質(zhì),從而達到凈化污水的目的。

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