Ultrasoon geluid als sterilisatiemethode

Abstract

Sterilisatie, het doden of inactiveren van bacteriën, virussen en andere micro-organismen, is een essentiële bezigheid in veel sectoren van de industrie, onderzoek en geneeskunde. Er wordt dan ook veel onderzoek gedaan naar nieuwe effectievere en efficiëntere methodes. Een mogelijke manier om micro-organismen te verzwakken of te doden is ultrasonicatie. Dit is de naam die gegeven wordt aan het behandelen van een medium met ultrasoon geluid. Geluid bestaat uit een longitudinale golf en het zorgt voor afwisselende compressie- en expansiefasen van het medium die op hun beurt ervoor kunnen zorgen dat er microscopische bellen ontstaan. Dit wordt cavitatie genoemd. De bellen die hierbij ontstaan worden zelf ook beïnvloed door de compressie en expansie en ze kunnen daardoor al of niet stabiel zijn. Non-inertiële cavitatie is het ontstaan van stabiele bellen, deze krimpen en groeien ongeveer evenveel gedurende compressie en expansie. De microbellen kunnen echter ook instabiel zijn, dit wordt inertiële cavitatie genoemd. Deze bellen imploderen vrij snel, waarbij er veel effecten ontstaan, zoals extreme verhogingen van druk en temperatuur. Er is een aantal factoren van invloed op inertiële en non-inertiële cavitatie. Deze factoren beïnvloeden de drempel voor de vorming van bellen en de effecten die ze bij implosie veroorzaken. De meeste van deze factoren hebben invloed op beide, ze maken het bijvoorbeeld makkelijker voor bellen om te ontstaan maar zorgen ook voor minder extreme effecten. Sonicatie en cavitatie brengen veel effecten teweeg: er kunnen zeer grote druk en temperatuur verhogingen, schokgolven, chemische reacties en stromingen in het medium optreden. Sonicatie en cavitatie zijn zeer effectief in het bestrijden van micro-organismen en beschadigen micro-organismen dan ook op veel verschillende manieren. De belangrijkste effecten zijn echter drukverhogingen en mechanische stress. Deze kunnen de membranen van micro-organismen in stukken scheuren of permeabel maken, zodat stoffen makkelijk naar binnen en naar buiten diffunderen. Ultrasonicatie is zeer effectief als deze gecombineerd wordt met andere sterilisatiemethoden. Daarnaast zorgt de menging van het medium en de verstoring van membranen voor grotere effectiviteit van antibiotica en andere chemische middelen.