超聲波是物質(zhì)介質(zhì)中的一種彈性機(jī)械波，它是一種波動形式，因此它可以用于探測人體的生理及病理信息，既診斷超聲。同時，它又是一種能量形式，當(dāng)達(dá)到一定劑量的超聲在生物體內(nèi)傳播時，通過它們之間的相互作用,能引起生物體的功能和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，即超聲生物效應(yīng)。
超聲對細(xì)胞的作用主要有熱效應(yīng)，空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)。
熱效應(yīng)是當(dāng)超聲在介質(zhì)中傳播時，摩擦力阻礙了由超聲引起的分子震動，使部分能量轉(zhuǎn)化為局部高熱（42-43℃），因為正常組織的臨界致死溫度為45.7℃，而腫瘤組織比正常組織敏感性高，故在此溫度下腫瘤細(xì)胞的代謝發(fā)生障礙，DNA、RNA、蛋白質(zhì)合成受到影響，從而殺傷癌細(xì)胞而正常組織不受影響。
空化效應(yīng)是在超聲照射下，生物體內(nèi)形成空泡，隨著空泡震動和其猛烈的聚爆而產(chǎn)生出機(jī)械剪切壓力和動蕩，使腫瘤出血、組織瓦解以致壞死。另外，空化泡破裂時產(chǎn)生瞬時高溫（約5000℃）、高壓（可達(dá)500×104Pa），可使水蒸氣熱解離產(chǎn)生.OH自由基和.H原子，由.OH自由基和.H原子引起的氧化還原反應(yīng)可導(dǎo)致多聚物降解、酶失活、脂質(zhì)過氧化和細(xì)胞殺傷。
機(jī)械效應(yīng)是超聲的原發(fā)效應(yīng)，超聲波在傳播過程中介質(zhì)質(zhì)點交替地壓縮與伸張構(gòu)成了壓力變化，引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷。殺傷作用的強(qiáng)弱與超聲的頻率和強(qiáng)度密切相關(guān)。
超聲波破碎技術(shù)的優(yōu)缺點
其優(yōu)點是保持細(xì)胞活性，省時，樣品損失少，可以處理大量樣品。因此超聲波細(xì)胞粉碎儀的不斷發(fā)展和改進(jìn)，對大規(guī)模生產(chǎn)的貢獻(xiàn)是十分可觀的。 超聲波細(xì)胞粉碎儀進(jìn)行超聲粉碎破碎是目前在生物生產(chǎn)中常用的破碎方法。對不同菌種的發(fā)酵液。超聲破碎的效果差別較大。一般地，桿菌比球菌較易破碎，革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞比革蘭氏陽性細(xì)菌細(xì)胞較易破碎，對酵母菌的效果較差。
優(yōu)點：操作簡便，液量損失少，適合實驗室規(guī)模。缺點：成本高；易引起溫度的劇烈上升；在大規(guī)模操作中，聲能傳遞和散熱困難，產(chǎn)生的化學(xué)自由基團(tuán)易使產(chǎn)物失活，所以其影響了其在大規(guī)模的工業(yè)上的應(yīng)用。
超聲波破碎作為細(xì)胞破碎的一種方法在實驗室規(guī)模應(yīng)用較普遍，處理少量樣品時操作簡便，液量損失少，被廣泛用于生物化學(xué)、微生物學(xué)藥理學(xué)、物理學(xué)、動物學(xué)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、制藥等領(lǐng)域的教學(xué)、科研、生產(chǎn)。
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