Kavitace v prostředí je hlavním důvodem destruktivního účinku ultrazvuku na mikroorganismy. Pokud byla tvorba bublin potlačena zvýšením vnějšího tlaku, pak se destruktivní účinek na protozoa snížil. Téměř okamžitá ruptura předmětů v ultrazvukovém poli byla způsobena vzduchovými bublinami nebo oxidem uhličitým v rostlinných buňkách zachycených uvnitř těchto organismů.
To ukazuje, že velké tlakové rozdíly vznikající během kavitace vedou k prasknutí buněčných membrán a celých malých organismů. Účinek ultrazvuku na různé druhy hub byl mnohokrát studován. Ultrazvuk se tedy úspěšně používá ve fytopatologii. Na semenech cukrové řepy infikovaných přirozeně Phoma betae, Cercospora beticola, Alternaria sp. nebo Fusarium sp., bylo možné zničit tyto houby a bakterie mnohem lépe krátkodobým ozářením ultrazvukem ve vodě, než bylo možné s leptáním. Ozáření semen ultrazvukem během leptání významně zvyšuje účinek fungicidní nebo baktericidní látky. Důvodem je zřejmě to, že zvukové vibrace zvyšují rychlost difúze vody a látek v ní rozpuštěných přes membrány rostlinných buněk,který dosahuje rychlejšího účinku na houby a bakterie.
Ultrazvuk má také negativní účinek na jednotlivé buňky vyšších organismů. Při ozáření červených krvinek (erytrocyty) bylo pozorováno následující: ztratily svůj původní tvar a protáhly se; v tomto případě došlo k jejich zabarvení (v důsledku hemolýzy). S dalším ozářením nakonec praskli a rozpadli se na mnoho malých malých kuliček.
Již v roce 1928 bylo zjištěno, že světelné bakterie jsou ultrazvukem ničeny. V následujících letech bylo publikováno velké množství prací o vlivu ultrazvukových vln na bakterie a viry. Současně se ukázalo, že výsledky mohou být velmi rozmanité: na jedné straně došlo ke zvýšené aglutinaci, ztrátě virulence nebo úplné smrti bakterií, na druhé straně byl zaznamenán i opačný účinek - zvýšení počtu životaschopných jednotlivců. K posledně jmenovanému dochází zvláště často po krátkodobém ozáření a lze jej vysvětlit skutečností, že během krátkodobého ozáření dochází nejprve k mechanickému oddělení hromadění bakteriálních buněk, díky čemuž každá jednotlivá buňka vede k nové kolonii.
Bylo zjištěno, že tyfusové pruty jsou zcela zabíjeny ultrazvukem s frekvencí 4,6 MHz, zatímco stafylokoky a streptokoky jsou pouze částečně poškozeny. Když bakterie umírají, dochází k jejich rozpouštění současně, tj. K destrukci morfologických struktur, takže po působení ultrazvuku se nejen snižuje počet kolonií v dané kultuře, ale počítání počtu jedinců odhaluje pokles morfologicky konzervovaných forem bakterií. Při ozáření ultrazvukem při frekvenci 960 kHz se bakterie o velikosti 20–75 µm ničí mnohem rychleji a kompletněji než bakterie o velikosti 8–12 µm [23].
V Moskevském ústředním vědeckovýzkumném ústavu pro traumatologii a ortopedii pojmenovaný po V. I. NN Priorov provedl výzkum [24] o vlivu nízkofrekvenční ultrazvukové kavitace na životně důležitou aktivitu různých kmenů stafylokoků. V experimentech in vitro byly získány následující výsledky. Sonikace byla prováděna při teplotě 32 ° C pomocí ultrazvukového dezintegrátoru od MSE (Velká Británie) s následujícími technickými parametry: výkon 150 W, vibrační frekvence 20 kHz, amplituda 55 μm. Doba expozice byla 1, 2, 5 "7, 10 minut. Pro každou expozici byly použity samostatné lahvičky s 5 ml suspenze mikroorganismů obsahující 2 500 mikrobiálních tělísek v 1 ml kapaliny. Výsledky výzkumu ukázaly, žeže schopnost mikroorganismů se množit při setí na pevném živném médiu bezprostředně po ošetření ultrazvukem není nejen oslabena, ale při některých expozicích ultrazvuku (1-3 minuty) dokonce mírně roste. Současně, když byl ultrazvuk stafylokokem po dobu 5, 7 a 10 minut, změny v počtu kultivovaných kolonií na povrchu agaru v Petriho miskách byly nevýznamné a téměř se nelišily od kontroly. Účinek ultrazvuku na mikroorganismy se nemusí objevit okamžitě, ale po určité době, která je nezbytná pro vývoj metabolických poruch v buňkách, bylo naočkování stafylokokem na pevné živné médium studováno 24, 36 a 48 hodin po ošetření ultrazvukem. Před nanesením na Petriho misky byly sonikované kmeny stafylokoků kultivovány ve zkumavkách s vývarem v termostatu při 37 ° C. Bylo zjištěno,že za 24 a 36 hodin po ošetření ultrazvukem počet rostoucích kolonií stafylokoků ve srovnání s kontrolou klesá, rychlost výsevu stafylokoků je nepřímo úměrná době ozáření mikroorganismů. Po 7 až 10 minutách sonifikace nedocházelo k výsevu, nebo na Petriho miskách rostly jednotlivé kolonie typické pro stafylokoky. Po 48 hodinách byl inhibiční účinek ultrazvuku výraznější a projevil se dalším poklesem v očkování mikroorganismů při všech expozicích. Po 7 až 10 minutách sonifikace nedocházelo k výsevu, nebo na Petriho miskách rostly jednotlivé kolonie typické pro stafylokoky. Po 48 hodinách byl inhibiční účinek ultrazvuku výraznější a projevil se dalším poklesem v očkování mikroorganismů při všech expozicích. Po 7 až 10 minutách sonifikace nedocházelo k výsevu, nebo na Petriho miskách rostly jednotlivé kolonie typické pro stafylokoky. Po 48 hodinách byl inhibiční účinek ultrazvuku výraznější a projevil se dalším poklesem v očkování mikroorganismů při všech expozicích.
Studie citlivosti ozářených mikroorganismů na působení některých antibiotik a antiseptik ukázala, že u 8 ze 13 použitých léčiv se minimální inhibiční koncentrace po ultrazvukové léčbě stafylokokem snížila 2-4krát. To naznačuje vhodnost kombinovaného použití nízkofrekvenčních ultrazvukových vibrací a antibakteriálních roztoků pro účinnější dopad na mikrobiální buňky [7, 10].
Ničivý účinek ultrazvukových vln závisí na koncentraci bakteriální suspenze. Při příliš silné a tudíž velmi viskózní suspenzi není pozorována žádná destrukce bakterií, ale lze pozorovat pouze zahřívání. Různé kmeny stejných bakteriálních druhů mohou mít zcela odlišné postoje k ozařování ultrazvukem [11].
Propagační video:
Můžeme tedy dojít k závěru, že účinek ultrazvuku na biomateriál obecně a zejména na mikroorganismy závisí na mnoha faktorech prostředí a na stavu živé hmoty a ve skutečnosti je poměrně obtížné předvídat.
Na oddělení SSTU byly provedeny experimenty na ultrazvukové čištění titanových nitrososých zubních implantátů v různých pracovních řešeních.
Čištění produktů je efektivnější, čím blíže jsou emisnímu povrchu emitoru. S odstupem od emitoru se mění intenzita ultrazvukových vibrací podél idealizované křivky. Nejlepší výsledek byl získán při intenzitě 16 W / cm2 v kohoutku a průmyslové vodě při 50 + 5 ° C s koncentrací sulfanolu 0,25% při době působení ultrazvuku 5-10 minut (obr. 2.1). Sonikované produkty byly ve vzdálenosti ne více než 10 mm od vyzařující plochy.
Postava: 2.1. Graf závislosti kontaminace produktů na době ozvučení při intenzitě vibrací 16 W / cm2
Podle experimentů tedy zvýšení intenzity z 0,4 na 16 W / cm2 poskytuje zlepšení kvality čištění (obr. 2.2), ale 100% sterilizace produktů není dosažena v žádném režimu.
Postava: 2.2. Graf závislosti sterilizačního účinku ultrazvuku na intenzitě ultrazvuku.