Kawitacja w środowisku jest główną przyczyną destrukcyjnego wpływu ultradźwięków na mikroorganizmy. Jeśli tworzenie się pęcherzyków zostało stłumione przez zwiększenie ciśnienia zewnętrznego, to destrukcyjny wpływ na pierwotniaki zmniejszył się. Niemal natychmiastowe pęknięcie obiektów w polu ultradźwiękowym było spowodowane pęcherzykami powietrza lub dwutlenkiem węgla w komórkach roślin uwięzionych w tych organizmach.
Pokazuje to, że duże różnice ciśnień powstające podczas kawitacji prowadzą do pękania błon komórkowych i całych małych organizmów. Wielokrotnie badano wpływ ultradźwięków na różne rodzaje grzybów. Tak więc ultradźwięki są z powodzeniem stosowane w fitopatologii. Na nasionach buraków cukrowych porażonych naturalnie Phoma betae, Cercospora beticola, Alternaria sp. lub Fusarium sp., można było znacznie lepiej zniszczyć te grzyby i bakterie przez krótkotrwałe naświetlanie ultradźwiękami w wodzie, niż było to możliwe w przypadku wytrawiania. Naświetlanie nasion ultradźwiękami podczas zaprawiania znacznie wzmacnia działanie substancji grzybobójczej lub bakteriobójczej. Powodem jest najwyraźniej to, że wibracje dźwięku zwiększają szybkość dyfuzji wody i rozpuszczonych w niej substancji przez błony komórek roślinnych,który zapewnia szybsze działanie na grzyby i bakterie.
Ultradźwięki mają również negatywny wpływ na poszczególne komórki organizmów wyższych. Podczas napromieniania krwinek czerwonych (erytrocytów) zaobserwowano: utraciły swój pierwotny kształt i rozciągnęły się; w tym przypadku doszło do ich przebarwienia (w wyniku hemolizy). Po dalszym napromieniowaniu ostatecznie pękły i rozpadły się na wiele oddzielnych małych kulek.
Już w 1928 roku ustalono, że świecące bakterie są niszczone przez ultradźwięki. W kolejnych latach opublikowano wiele prac na temat wpływu fal ultradźwiękowych na bakterie i wirusy. Jednocześnie okazało się, że wyniki mogą być bardzo zróżnicowane: z jednej strony nastąpiła zwiększona aglutynacja, utrata zjadliwości lub całkowita śmierć bakterii, z drugiej zaś odwrotny efekt - wzrost liczby żywych osobników. To ostatnie występuje szczególnie często po naświetlaniu krótkotrwałym i można je wytłumaczyć faktem, że podczas napromieniania krótkotrwałego następuje przede wszystkim mechaniczne oddzielenie nagromadzonych komórek bakteryjnych, dzięki czemu każda pojedyncza komórka daje początek nowej kolonii.
Stwierdzono, że pałeczki duru brzusznego są całkowicie zabijane przy pomocy ultradźwięków o częstotliwości 4,6 MHz, podczas gdy gronkowce i paciorkowce są tylko częściowo uszkadzane. Kiedy bakterie giną, jednocześnie następuje ich rozpuszczanie, czyli niszczenie struktur morfologicznych, tak że po działaniu ultradźwięków nie tylko zmniejsza się liczba kolonii w danej kulturze, ale zliczenie osobników ujawnia spadek zachowanych morfologicznie form bakterii. Napromienianie ultradźwiękami o częstotliwości 960 kHz powoduje, że bakterie o wielkości 20–75 µm są niszczone znacznie szybciej i pełniej niż bakterie o wielkości 8–12 µm [23].
W Moskiewskim Centralnym Naukowym Instytucie Badawczym Traumatologii i Ortopedii im. V. I. NN Priorov przeprowadził badania [24] dotyczące wpływu kawitacji ultradźwiękowej o niskiej częstotliwości na aktywność życiową różnych szczepów gronkowców. W doświadczeniach in vitro uzyskano następujące wyniki. Obróbkę ultradźwiękową przeprowadzono w temperaturze 32 ° C za pomocą dezintegratora ultradźwiękowego firmy MSE (Wielka Brytania) o parametrach technicznych: moc 150 W, częstotliwość drgań 20 kHz, amplituda 55 μm. Czas ekspozycji wynosił 1, 2, 5 "7, 10 minut. Do każdego narażenia stosowano oddzielne fiolki z 5 ml zawiesiny mikroorganizmów zawierającej 2500 ciałek drobnoustrojów w 1 ml płynu. Wyniki badań wykazały, żeże zdolność mikroorganizmów do namnażania się podczas wysiewu na stałe pożywki bezpośrednio po obróbce ultradźwiękowej nie tylko nie jest osłabiona, ale przy niektórych ekspozycjach sonikacją (1-3 min) nawet nieznacznie wzrasta. W tym samym czasie, gdy gronkowce poddawano sonikacji przez 5, 7 i 10 minut, zmiany w liczbie wyrosłych kolonii na powierzchni agaru na szalkach Petriego były nieznaczne i prawie nie różniły się od kontroli. Działanie ultradźwięków na mikroorganizmy może objawiać się nie od razu, ale po pewnym czasie, niezbędnym do rozwoju zaburzeń metabolicznych w komórkach, dlatego wysiew gronkowców na pożywki stałe badano 24, 36 i 48 godzin po zabiegu ultradźwiękowym. Przed posiewem na szalki Petriego sonikowane szczepy gronkowców hodowano w probówkach z bulionem w termostacie w temperaturze 37 ° C. Został znaleziony,że po 24 i 36 godzinach od zabiegu ultradźwiękowego liczba wyrosłych kolonii gronkowców w porównaniu z kontrolą spada, szybkość wysiewu gronkowców jest odwrotnie proporcjonalna do czasu sondowania mikroorganizmów. Po 7-10 minutach sonikacji posiew albo nie spowodował wzrostu, albo na szalkach Petriego wyrosły pojedyncze kolonie nietypowe dla gronkowców. Po 48 godzinach hamujący wpływ ultradźwięków był bardziej wyraźny i objawiał się dalszym spadkiem wysiewu mikroorganizmów przy wszystkich ekspozycjach. Po 7-10 minutach sonikacji posiew albo nie spowodował wzrostu, albo na szalkach Petriego wyrosły pojedyncze kolonie nietypowe dla gronkowców. Po 48 godzinach hamujący wpływ ultradźwięków był bardziej wyraźny i objawiał się dalszym spadkiem wysiewu mikroorganizmów przy wszystkich ekspozycjach. Po 7-10 minutach sonikacji posiew albo nie spowodował wzrostu, albo na szalkach Petriego wyrosły pojedyncze kolonie nietypowe dla gronkowców. Po 48 godzinach hamujący wpływ ultradźwięków był bardziej wyraźny i objawiał się dalszym spadkiem wysiewu mikroorganizmów przy wszystkich ekspozycjach.
Badanie wrażliwości dźwięcznych mikroorganizmów na działanie niektórych antybiotyków i antyseptyków wykazało, że w 8 z 13 stosowanych leków minimalne stężenie hamujące po leczeniu gronkowców ultradźwiękiem zmniejszyło się 2-4 razy. Wskazuje to na celowość jednoczesnego stosowania drgań ultradźwiękowych o niskiej częstotliwości i roztworów antybakteryjnych dla skuteczniejszego oddziaływania na komórkę drobnoustroju [7, 10].
Destrukcyjne działanie fal ultradźwiękowych zależy od stężenia zawiesiny bakteryjnej. W zbyt gęstej, a zatem bardzo lepkiej zawiesinie nie obserwuje się niszczenia bakterii, ale można zauważyć tylko ogrzewanie. Różne szczepy tego samego gatunku bakterii mogą mieć zupełnie inne podejście do napromieniania ultradźwiękowego [11].
Film promocyjny:
Można zatem wnioskować, że wpływ ultradźwięków na biomateriał w ogóle, aw szczególności na mikroorganizmy, zależy od wielu czynników środowiskowych i stanu materii żywej iw rzeczywistości jest raczej trudny do przewidzenia.
Na oddziale SSTU przeprowadzono doświadczenia z ultradźwiękowym czyszczeniem tytanowych implantów śródkostnych w różnych roztworach roboczych.
Czyszczenie produktów jest tym wydajniejsze, im bliżej powierzchni emitera znajdują się one. Wraz z odległością od emitera intensywność drgań ultradźwiękowych zmienia się wzdłuż wyidealizowanej krzywej. Najlepszy wynik uzyskano przy intensywności 16 W / cm2 w wodzie wodociągowej i przemysłowej w temperaturze 50 + 5 ° C o stężeniu sulfanolu 0,25% i czasie sonikacji 5-10 minut (ryc. 2.1). Sonikowane produkty znajdowały się w odległości nie większej niż 10 mm od powierzchni promieniującej.
Postać: 2.1. Wykres zależności zanieczyszczenia produktów od czasu sondowania przy natężeniu drgań 16 W / cm2
Tak więc, zgodnie z eksperymentami, wzrost intensywności z 0,4”do 16 W / cm2 daje poprawę jakości czyszczenia (rys. 2.2), ale 100% sterylizacji produktów nie uzyskuje się w żadnym trybie.
Postać: 2.2. Wykres zależności efektu sterylizującego ultradźwięków od intensywności ultradźwięków.