Ultraschall-Flüssigkeitsbehandlung und ihre Anwendung

Ultraschall-Flüssigkeitsbehandlungsverfahren umfassen Ultraschall-Emulgierung, -Sterilisation, -Dispersion und -Homogenisierung usw. Diese Ultraschallverfahren werden häufig in der Produktion und Zubereitung von Kosmetika und Körperpflegeprodukten, Pharmazeutika, Nanomaterialien und in der Kraftstoffindustrie eingesetzt.

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Beim Mischen von nicht mischbaren Flüssigkeiten in Emulsionen sind Tröpfchengröße und -verteilung Schlüsselfaktoren für die Emulsionsstabilität. Ultraschall-Emulgiergeräte können sehr feine Tröpfchen und schmale Größen erzeugen. In den meisten Fällen können Beschallungsgeräte Tröpfchen im Submikrometerbereich erzeugen, wenn Emulsionen chargenweise oder inline hergestellt werden. Im Gegensatz zu Hochdruckhomogenisatoren können die von Ultraschall-Emulgiergeräten erzeugten hohen Scherkräfte sogar Flüssigkeiten mit höherer Viskosität wie Schweröl (HFO) emulgieren. Einige Formulierungen können die Zugabe von Emulgatoren oder Stabilisatoren erfordern. In diesem Fall hilft auch eine Phakoemulsifikationsausrüstung, den Emulgator gleichmäßig zu mischen.

Für viele Branchen ist die Kontrolle des Bakterien- und Algenwachstums im Wasser ein Prozess, der eng mit der Produktion verbunden ist. Ultraschall-Wasseraufbereitungsgeräte sind bekannt für ihre Wirkung auf die Zellstruktur, die Zelllyse und Zelltod verursacht, sowie für ihre Reinigungskraft aufgrund mechanischer Erschütterungen. Darüber hinaus können mit einem sehr einfachen, aber effektiven Beschallungsschritt Biofilmrückstände erfolgreich aus Tanks, Fässern, Containern und sogar Filtern entfernt werden. Die hochfrequente Vibration und Kavitationsscherkraft, die von der Ultraschallausrüstung erzeugt wird, eliminiert die Kontamination von Wasser und Flüssigkeiten. Die verbleibenden Rückstände lassen sich einfach wegspülen, ohne dass kontaminierende Reinigungsmittel erforderlich sind.

Partikel und sogar Dispersionen können durch Ultraschall leicht erhalten werden. Ultraschallgeräte können verwendet werden, um eine feinskalige Dispersion und Depolymerisation im Mikro- und Nanomaßstab zu erzeugen. Ultraschall-Dispergiergeräte können Pulveragglomerate in Flüssigkeiten aufbrechen, die herkömmliche Rührwerke und Hochschermischer nicht aufbrechen können. Hohe Kavitationsscherkräfte dispergieren und homogenisieren die agglomerierten Partikel, was zu einer größeren Oberfläche führt.

Der Zellaufschluss oder die Lyse ist ein gängiger Prozess in der täglichen Probenvorbereitung in biotechnologischen Labors. Das Ziel der Lyse ist die Zerstörung eines Teils der Zellwand oder der gesamten Zelle, um Biomoleküle freizusetzen. Sogenannte Lysate können beispielsweise Plasmide, Rezeptorassays, Proteine, DNA, RNA und dergleichen umfassen. Nachfolgende Schritte nach der Lyse sind Isolierung, Organellenisolierung oder/und Proteinextraktion und -konservierung. Ultraschallgeräte sind ein gängiges Werkzeug für eine erfolgreiche Zelllyse und -extraktion.

Die mikrobielle Inaktivierung ist ein kritischer Prozess in der Lebensmittelverarbeitung. Aufgrund der wachsenden Nachfrage nach frischen, schonend verarbeiteten Lebensmitteln reagiert die Industrie auf die Kundenbedürfnisse, indem Dämmstoffe durch mildere Verarbeitungsmethoden ersetzt werden. Da Mikroorganismen die Hauptursache für den Verderb von Lebensmitteln sind, müssen Konservierungstechniken auf sie angewendet werden. Ultraschall-Sterilisationsgeräte sind eine nicht-thermische Technologie, die Mikroorganismen in einem Produkt inaktiviert, um die organoleptischen Eigenschaften, den Nährwert und die Funktionalität des Produkts besser zu erhalten. Der Vorteil der Beschallung besteht darin, dass die Intensität der Beschallung vollständig kontrolliert werden kann, sodass die Inaktivierung von Mikroorganismen durchgeführt werden kann.

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Bei der Herstellung von Kosmetika ist das Mischen von Inhaltsstoffen ein wesentlicher Schritt. Leistungsstarker Ultraschall ermöglicht feinkörniges Homogenisieren, Dispergieren und Emulgieren, zB für die Zubereitung von Cremes und Lotionen, Nagellacken und Kosmetika. Die Fähigkeiten von Ultraschall zur Extraktion und Konservierung sind ebenfalls bekannt. Da viele kosmetische Inhaltsstoffe wie Lipide, Proteine, Aromastoffe oder Farbstoffe aus Zellen durch Extraktion gewonnen werden, sind Ultraschallgeräte ein potenzielles Werkzeug für einige neue Formulierungen.

Herkömmliche Verarbeitungsschritte wie Mischen und Homogenisieren, Extrahieren, Stabilisieren und Konservieren, traditionelle Methoden werden nach und nach durch innovative Verarbeitungstechniken wie Ultraschallbehandlung ersetzt. Ultraschall ist ein nicht-thermisches Lebensmittelverarbeitungsverfahren. Der Vorteil der Beschallung liegt in der schonenden, schnellen und sauberen Verarbeitung, die Produktverluste reduziert und die Lebensmittelqualität verbessert, indem Frische und Vitamine erhalten bleiben.

Pharmaindustrie

Die Anwendungen von Ultraschallgeräten in der pharmazeutischen Industrie sind vielfältig, wie Synthese chemischer Verbindungen, Extraktion von Wirkstoffen (z. B. Phenole, Flavonoide aus Pflanzen), Emulgierung (Emulsion von Lotionen, Cremes und Salben), Zubereitung von Liposomen (Verkapselung) oder Inaktivierung Impfstoffe gegen Viren und virale Krankheitserreger. In der pharmazeutischen Produktion kann der Einsatz von Ultraschallgeräten die Produktionskapazität durch Erhöhung des Durchsatzes erhöhen. Industrielle Ultraschallgeräte können für die pharmazeutische Herstellung im großen Maßstab in Form von Chargen- oder kontinuierlichen Prozessen verwendet werden.

Nanomaterialien

Die physikalischen Eigenschaften (wie Optik und Magnetismus, spezifische Wärme, Schmelzpunkt und Oberflächenreaktivität) von Nanomaterialien (wie Nanoröhren, Graphen, Nanodiamanten, Keramiken, Metalloxiden usw.) haben als neue Materialien viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Doch je kleiner die Partikel von Nanomaterialien sind, desto schwieriger ist die Handhabung. Hochleistungs-Ultraschall ist oft die einzige Möglichkeit, Nanopartikel effektiv zu beeinflussen. Der Einfluss von Leistungsultraschall umfasst eine Vielzahl von Anwendungen in der Materialchemie und -entwicklung, Katalyse, Elektronik, Energie sowie Biologie und Medizin. Ein Hochleistungs-Ultraschallgenerator ist ein effektiver Weg, um die gewünschten Nanopartikel zu erhalten.