Кавитацията в околната среда е основната причина за разрушителния ефект на ултразвука върху микроорганизмите. Ако образуването на мехурчета е било потиснато чрез повишаване на външното налягане, тогава разрушителният ефект върху най-простите се е понижил. Почти мигновеното разрушаване на обектите в ултразвуковото поле е причинено от въздушни мехурчета или въглероден диоксид в растителни клетки, хванати в тези организми.
Това показва, че големите разлики в налягането, възникващи по време на кавитация, водят до разкъсване на клетъчните мембрани и цели малки организми. Ефектът на ултразвука върху различни видове гъбички е изследван многократно. Така че, ултразвукът се използва успешно във фитопатологията. На семена от захарно цвекло, заразени по естествен начин с Phoma betae, Cercospora beticola, Alternaria sp. или Fusarium sp. е възможно тези гъбички и бактерии да бъдат унищожени много по-добре чрез краткотрайно облъчване с ултразвук във вода, отколкото е възможно да се направи с офорт. Облъчването на семената с ултразвук по време на ецване значително засилва ефекта на фунгицидно или бактерицидно вещество. Причината, очевидно, е, че звуковите вибрации увеличават скоростта на дифузия на водата и разтворените в нея вещества през мембраните на растителните клетки, т.е.което постига по-бързо действие върху гъбички и бактерии.
Ултразвукът също има отрицателен ефект върху отделните клетки на висшите организми. При облъчване на червени кръвни клетки (еритроцити) се наблюдава следното: те загубиха първоначалната си форма и се разтеглиха; в този случай настъпва промяна в цвета им (в резултат на хемолиза). С по-нататъшно облъчване те най-накрая се спукват и се разпадат на много отделни малки топчета.
Още през 1928 г. е установено, че светещите бактерии се унищожават чрез ултразвук. В следващите години бяха публикувани голям брой произведения за ефекта на ултразвуковите вълни върху бактериите и вирусите. В същото време се оказа, че резултатите могат да бъдат много разнообразни: от една страна, се наблюдава повишена аглутинация, загуба на вирулентност или пълна смърт на бактерии, от друга страна, се забелязва и обратният ефект - увеличаване на броя на жизнеспособните индивиди. Последното се среща особено често след краткотрайно облъчване и може да се обясни с факта, че по време на краткотрайно облъчване, на първо място, има механично разделяне на натрупвания на бактериални клетки, поради което всяка отделна клетка поражда нова колония.
Установено е, че тифоидните пръчки са напълно убити от ултразвук с честота 4,6 MHz, докато стафилококите и стрептококите са само частично увредени. Когато бактериите умират, разтварянето им става едновременно, тоест разрушаването на морфологичните структури, така че след действието на ултразвука не само броят на колониите в дадена култура намалява, но преброяването на броя на индивидите разкрива намаляване на морфологично запазените форми на бактериите. При облъчване с ултразвук с честота 960 kHz, бактериите с размер 20-75 µm се унищожават много по-бързо и по-пълно от бактериите с размер 8-12 µm [23].
В Московския централен научно-изследователски институт по травматология и ортопедия име на В. И. Н. Н. Приоров проведе изследване [24] за влиянието на нискочестотната ултразвукова кавитация върху жизнената активност на различни щамове на стафилококи. В експерименти ин витро бяха получени следните резултати. Ултразвуковото третиране се провежда при температура 32 ° C с използване на ултразвуков дезинтегратор от MSE (Великобритания) със следните технически параметри: мощност 150 W, вибрационна честота 20 kHz, амплитуда 55 µm. Времето на експозиция е 1, 2, 5 "7, 10 минути. За всяка експозиция са използвани отделни флакони с 5 ml суспензия на микроорганизми, съдържащи 2500 микробни тела в 1 ml течност. Резултатите от изследванията показват, чече способността на микроорганизмите да се размножават при посяването им върху твърди хранителни среди веднага след ултразвуково третиране не само не е отслабена, но при някои излагания на звука (1-3 минути) дори леко се увеличава. В същото време, когато стафилококът е бил озвучен за 5, 7 и 10 минути, промените в броя на порасналите колонии на повърхността на агара в чашите на Петри са незначителни и почти не се различават от контрола. Ефектът на ултразвука върху микроорганизмите може да се прояви не веднага, но след известно време, необходимо за развитието на метаболитни нарушения в клетките, следователно, сеитбата на стафилокок върху твърди хранителни среди се изследва 24, 36 и 48 часа след ултразвуково лечение. Преди да се поставят върху чаши на Петри, озвученият щам на стафилококи се култивира в епруветки с бульон в термостат при 37 ° С. Е намерено,че след 24 и 36 часа след ултразвуково лечение броят на порасналите колонии на стафилококи намалява в сравнение с контролата, скоростта на засяване на стафилокок е обратно пропорционална на времето на озвучаване на микроорганизмите. След 7-10 минути озвучаване, засяването или не даде никакъв растеж, или единични колонии, нетипични за стафилококи, растат върху чаши на Петри. След 48 часа инхибиторният ефект на ултразвука е по-изразен и се проявява в по-нататъшно намаляване на засяването на микроорганизми при всички експозиции. След 7-10 минути озвучаване, засяването или не даде никакъв растеж, или единични колонии, нетипични за стафилококи, се разрастват върху чаши на Петри. След 48 часа инхибиторният ефект на ултразвука е по-изразен и се проявява в по-нататъшно намаляване на засяването на микроорганизми при всички експозиции. След 7-10 минути озвучаване, засяването или не даде никакъв растеж, или единични колонии, нетипични за стафилококи, растат върху чаши на Петри. След 48 часа инхибиторният ефект на ултразвука е по-изразен и се проявява в по-нататъшно намаляване на засяването на микроорганизми при всички експозиции.
Проучване на чувствителността на озвучените микроорганизми към действието на определени антибиотици и антисептици показа, че при 8 от 13 използвани лекарства минималната инхибиторна концентрация след ултразвуково лечение на стафилокок намалява 2-4 пъти. Това показва целесъобразността на комбинираното използване на нискочестотни ултразвукови вибрации и антибактериални разтвори за по-ефективно въздействие върху микробната клетка [7, 10].
Разрушителният ефект на ултразвуковите вълни зависи от концентрацията на бактериалната суспензия. При твърде гъста и следователно много вискозна суспензия не се наблюдава унищожаване на бактерии, но може да се отбележи само нагряване. Различните щамове от един и същ бактериален вид могат да имат съвсем различно отношение към ултразвуковото облъчване [11].
Промоционално видео:
Така можем да заключим, че ефектът на ултразвука върху биоматериала като цяло и по-специално върху микроорганизмите зависи от много фактори на околната среда и от състоянието на живата материя, а в действителност е доста трудно да се предвиди.
В катедрата на SSTU бяха проведени експерименти за ултразвуково почистване на титаниеви вътрекостни зъбни импланти в различни работни разтвори.
Почистването на продуктите е по-ефективно, толкова по-близо до излъчващата повърхност на излъчвателя. С разстоянието от емитера интензитетът на ултразвуковите вибрации се променя по идеализирана крива. Най-добрият резултат се получава при интензивност 16 W / cm2 в чешмяна и промишлена вода при 50 + 5 ° C с концентрация на сулфанол 0,25% с време на звука 5-10 минути (фиг. 2.1). Озвучените продукти бяха на разстояние не повече от 10 мм от излъчващата повърхност.
Фигура: 2.1. Графика на зависимостта на замърсяването на продуктите от времето на звука при интензивност на вибрациите 16 W / cm2
По този начин, според експериментите, увеличаване на интензивността от 0,4 до 16 W / cm2 води до подобряване на качеството на почистване (фиг. 2.2), но 100% стерилизация на продуктите не се постига при никакъв режим.
Фигура: 2.2. Графика на зависимостта на стерилизиращия ефект на ултразвука от интензивността на ултразвука.