Kavitation in der Umwelt ist der Hauptgrund für die zerstörerische Wirkung von Ultraschall auf Mikroorganismen. Wenn die Bildung von Blasen durch Erhöhen des Außendrucks unterdrückt wurde, nahm die zerstörerische Wirkung auf Protozoen ab. Das fast augenblickliche Aufbrechen von Objekten im Ultraschallfeld wurde durch Luftblasen oder Kohlendioxid in Pflanzenzellen verursacht, die in diesen Organismen eingeschlossen waren.
Dies zeigt, dass große Druckunterschiede, die während der Kavitation auftreten, zum Aufbrechen von Zellmembranen und ganzen kleinen Organismen führen. Die Wirkung von Ultraschall auf verschiedene Arten von Pilzen wurde mehrfach untersucht. Ultraschall wird also erfolgreich in der Phytopathologie eingesetzt. Auf Zuckerrübensamen, die auf natürliche Weise mit Phoma betae, Cercospora beticola, Alternaria sp. oder Fusarium sp. war es möglich, diese Pilze und Bakterien durch kurzfristige Bestrahlung mit Ultraschall in Wasser viel besser zu zerstören, als dies durch Ätzen möglich war. Die Bestrahlung von Samen mit Ultraschall während des Ätzens verstärkt die Wirkung einer fungiziden oder bakteriziden Substanz signifikant. Der Grund ist anscheinend, dass Schallschwingungen die Diffusionsrate von Wasser und darin gelösten Substanzen durch die Membranen von Pflanzenzellen erhöhen. Dies bewirkt eine schnellere Wirkung auf Pilze und Bakterien.
Ultraschall wirkt sich auch negativ auf einzelne Zellen höherer Organismen aus. Bei der Bestrahlung roter Blutkörperchen (Erythrozyten) wurde Folgendes beobachtet: Sie verloren ihre ursprüngliche Form und dehnten sich; in diesem Fall trat ihre Verfärbung auf (infolge einer Hämolyse). Bei weiterer Bestrahlung platzten sie schließlich und zerfielen in viele separate kleine Kugeln.
Bereits 1928 wurde festgestellt, dass leuchtende Bakterien durch Ultraschall zerstört werden. In den Folgejahren wurde eine Vielzahl von Arbeiten zur Wirkung von Ultraschallwellen auf Bakterien und Viren veröffentlicht. Gleichzeitig stellte sich heraus, dass die Ergebnisse sehr unterschiedlich sein können: Einerseits kam es zu einer erhöhten Agglutination, einem Verlust der Virulenz oder einem vollständigen Tod von Bakterien, andererseits wurde auch der gegenteilige Effekt festgestellt - eine Zunahme der Anzahl lebensfähiger Individuen. Letzteres tritt besonders häufig nach Kurzzeitbestrahlung auf und kann durch die Tatsache erklärt werden, dass es bei Kurzzeitbestrahlung zunächst zu einer mechanischen Trennung von Ansammlungen von Bakterienzellen kommt, wodurch aus jeder einzelnen Zelle eine neue Kolonie entsteht.
Es wurde festgestellt, dass Typhusstäbchen durch Ultraschall mit einer Frequenz von 4,6 MHz vollständig abgetötet werden, während Staphylokokken und Streptokokken nur teilweise beschädigt werden. Wenn Bakterien sterben, erfolgt ihre Auflösung gleichzeitig, d. H. Die Zerstörung morphologischer Strukturen, so dass nach der Einwirkung von Ultraschall nicht nur die Anzahl der Kolonien in einer gegebenen Kultur abnimmt, sondern die Zählung der Anzahl der Individuen eine Abnahme der morphologisch konservierten Formen von Bakterien zeigt. Bei Bestrahlung mit Ultraschall mit einer Frequenz von 960 kHz werden Bakterien mit einer Größe von 20–75 µm viel schneller und vollständiger zerstört als Bakterien mit einer Größe von 8–12 µm [23].
Am Moskauer Zentralen Wissenschaftlichen Forschungsinstitut für Traumatologie und Orthopädie, benannt nach V. I. NN Priorov untersuchte [24] die Wirkung niederfrequenter Ultraschallkavitation auf die Vitalaktivität verschiedener Staphylokokkenstämme. In Experimenten in vitro wurden die folgenden Ergebnisse erhalten. Die Beschallung wurde bei einer Temperatur von 32 ° C unter Verwendung eines Ultraschalldesintegrators von MSE (Großbritannien) mit den folgenden technischen Parametern durchgeführt: Leistung 150 W, Schwingungsfrequenz 20 kHz, Amplitude 55 & mgr; m. Die Expositionszeit betrug 1, 2, 5 "7, 10 Minuten. Für jede Exposition wurden separate Fläschchen mit 5 ml Mikroorganismensuspension verwendet, die 2500 mikrobielle Körper in 1 ml Flüssigkeit enthielten. Die Forschungsergebnisse zeigten diesdass die Fähigkeit von Mikroorganismen, sich bei der Aussaat auf festen Nährmedien unmittelbar nach der Ultraschallbehandlung zu vermehren, nicht nur nicht geschwächt wird, sondern bei einigen Ultraschallbelastungen (1-3 min) sogar geringfügig zunimmt. Zur gleichen Zeit, als Staphylococcus 5, 7 und 10 Minuten lang beschallt wurde, waren die Veränderungen in der Anzahl der gewachsenen Kolonien auf der Agaroberfläche in Petrischalen unbedeutend und unterschieden sich fast nicht von der Kontrolle. Die Wirkung von Ultraschall auf Mikroorganismen kann nicht sofort auftreten, aber nach einer Weile, die für die Entwicklung von Stoffwechselstörungen in den Zellen notwendig ist. Daher wurde die Inokulation von Staphylokokken auf feste Nährmedien 24, 36 und 48 Stunden nach der Ultraschallbehandlung untersucht. Vor dem Ausplattieren auf Petrischalen wurden die beschallten Staphylococcus-Stämme in Röhrchen mit Brühe in einem Thermostat bei 37 ° C kultiviert. Wurde gefunden,dass in 24 und 36 Stunden nach der Ultraschallbehandlung die Anzahl der gewachsenen Kolonien von Staphylokokken im Vergleich zur Kontrolle abnimmt, die Aussaatrate von Staphylokokken umgekehrt proportional zur Zeit des Sondierens von Mikroorganismen ist. Nach 7 bis 10 Minuten Ultraschallbehandlung ergab die Aussaat entweder kein Wachstum, oder einzelne Kolonien, die für Staphylokokken nicht typisch waren, wuchsen auf Petrischalen. Nach 48 Stunden war die hemmende Wirkung von Ultraschall stärker ausgeprägt und äußerte sich in einer weiteren Abnahme der Aussaat von Mikroorganismen bei allen Expositionen. Nach 7 bis 10 Minuten Ultraschallbehandlung ergab die Aussaat entweder kein Wachstum, oder einzelne Kolonien, die für Staphylokokken nicht typisch waren, wuchsen auf Petrischalen. Nach 48 Stunden war die hemmende Wirkung von Ultraschall stärker ausgeprägt und äußerte sich in einer weiteren Abnahme der Aussaat von Mikroorganismen bei allen Expositionen. Nach 7 bis 10 Minuten Ultraschallbehandlung ergab die Aussaat entweder kein Wachstum, oder einzelne Kolonien, die für Staphylokokken nicht typisch waren, wuchsen auf Petrischalen. Nach 48 Stunden war die hemmende Wirkung von Ultraschall stärker ausgeprägt und äußerte sich in einer weiteren Abnahme der Aussaat von Mikroorganismen bei allen Expositionen.
Eine Untersuchung der Empfindlichkeit klangvoller Mikroorganismen gegenüber der Wirkung einiger Antibiotika und Antiseptika zeigte, dass bei 8 von 13 verwendeten Arzneimitteln die minimale Hemmkonzentration nach Ultraschallbehandlung von Staphylokokken 2-4-mal abnahm. Dies zeigt, dass die kombinierte Verwendung von niederfrequenten Ultraschallschwingungen und antibakteriellen Lösungen für eine effektivere Wirkung auf die mikrobielle Zelle ratsam ist [7, 10].
Die zerstörerische Wirkung von Ultraschallwellen hängt von der Konzentration der Bakteriensuspension ab. In einer zu dicken und daher sehr viskosen Suspension wird keine Zerstörung von Bakterien beobachtet, sondern nur eine Erwärmung festgestellt. Verschiedene Stämme derselben Bakterienart können völlig unterschiedliche Einstellungen zur Ultraschallbestrahlung haben [11].
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Wir können daher den Schluss ziehen, dass die Wirkung von Ultraschall auf Biomaterial im Allgemeinen und auf Mikroorganismen im Besonderen von vielen Umweltfaktoren und vom Zustand der lebenden Materie abhängt und in Wirklichkeit ziemlich schwer vorherzusagen ist.
In der Abteilung SSTU wurden Versuche zur Ultraschallreinigung von intraossären Titan-Zahnimplantaten in verschiedenen Arbeitslösungen durchgeführt.
Die Reinigung von Produkten ist umso effizienter, je näher sie an der emittierenden Oberfläche des Emitters liegen. Mit der Entfernung vom Emitter ändert sich die Intensität der Ultraschallschwingungen entlang einer idealisierten Kurve. Das beste Ergebnis wurde bei einer Intensität von 16 W / cm² in Leitungswasser und Brauchwasser bei 50 + 5 ° C mit einer Sulfanolkonzentration von 0,25% bei einer Ultraschallzeit von 5-10 Minuten erzielt (Abb. 2.1). Die beschallten Produkte befanden sich in einem Abstand von nicht mehr als 10 mm von der Strahlungsoberfläche.
Zahl: 2.1. Diagramm der Abhängigkeit der Kontamination von Produkten von der Schallzeit bei einer Schwingungsintensität von 16 W / cm2
Entsprechend den Experimenten führt eine Erhöhung der Intensität von 0,4 auf 16 W / cm2 zu einer Verbesserung der Reinigungsqualität (Abb. 2.2), aber eine 100% ige Sterilisation der Produkte wird in keinem Modus erreicht.
Zahl: 2.2. Ein Diagramm der Abhängigkeit der sterilisierenden Wirkung von Ultraschall von der Intensität des Ultraschalls.
