超声波对生物细胞有何作用-混匀仪技术文章

超声波是一种弹性机械波，同时，也是一种能量形式，当达到一定剂量的超声在生物体内传播时，通过它们之间的相互作用，能引起生物体的功能和结构发生变化。

超声波对生物细胞的作用效应主要有热效应、空化效应和机械效应三种。

1、热效应：超声在介质中传播时，由于摩擦力对超声引起的分子震动的的阻碍，使得超声波的部分能量转化为了局部热能。

正常组织的临界致死温度为45.7℃，而对温度较为敏感的肿瘤组织在此温度下常常发生细胞的代谢障碍，使肿瘤组织的DNA、RNA、蛋白质等重要生物大分子的合成受到严重影响。医学上利用超声波对生物细胞的热效应而发明的超声波治疗仪即是能对癌细胞产生杀伤作用却不影响正常组织生理代谢。

2、空化效应：指在超声作用下，生物体内的水分子会形成微小空泡，伴随空泡生长和破裂产生的巨大机械剪切力和高温，使肿瘤出血、组织瓦解以致坏死。另外，空化泡破裂时产生瞬时高温（约5000℃）、高压（可达500×104Pa），可使水蒸气热解离产生.OH自由基和.H原子，由.OH自由基和.H原子引起的氧化还原反应可导致多聚物降解、酶失活、脂质过氧化和细胞杀伤。

3、机械效应：是超声引起的原发效应，超声波在传播过程中介质质点交替地压缩与伸张构成了压力变化，引起细胞结构损伤。超声机械效应杀伤作用的强弱与超声的频率和强度密切相关。

利用超声波对生物细胞的三大作用而发明的仪器设备广泛应用于基础研究领域的细胞破碎乳化、医疗系统的疾病诊断、超声治疗等各个行业领域。

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　　在超声场中由于被破碎物等所处的浸提介质中含有大量的溶解气体及微小的杂质，它们包围在被破碎物等的胶质外膜周围，为超声波作用提供了必要条件。空化中产生的极大压力造成被破碎物细胞壁及整个生物体破裂，而且整个破裂过程在瞬间完成，同时超声波产生的振动作用加强了胞内物质的释放、扩散及溶解。超声波破碎过程是一个物理过程，浸提过程中无化学反应，被浸提的生物活性物质在短时间内保持不变，生物活性不减，同时提高了破碎速度，缩短了破碎时间，可极大地提高提取效率〔1〕。
　　超声波作用时其效果不仅取决于超声波的强度和频率，而且与被破碎物的结构功能有一定关系。计算表明：在水中当超声波辐射面上强度达3000 W/m2时就会产生空化，气泡在瞬间就很快闭合，闭合时产生的压力脉冲形成瞬间的球形冲击波，从而导致被破碎生物体及细胞的完全破裂。从理论上确定被破碎物所处介质中气泡大小后即可选择适宜的超声波频率〔2〕。由于提取介质中气泡尺寸不是单一的，而是存在一个分布范围，所以超声波频率应有一定范围的变化，即有一个带宽。