Wie funktioniert die Beschallung?

Bei der Beschallung werden Schallwellen verwendet, um Partikel in einer Lösung zu bewegen. Es wandelt ein elektrisches Signal in eine physikalische Schwingung um, um Substanzen auseinander zu brechen. Diese Störungen können Lösungen vermischen, die Auflösung eines Feststoffs in eine Flüssigkeit, wie Zucker in Wasser, beschleunigen und gelöstes Gas aus Flüssigkeiten entfernen. Bei DNA-Tests bricht die Beschallung Moleküle auf und reißt Zellen auf, wodurch Proteine ​​zum Testen freigesetzt werden.

Schall ist eine Welle von abwechselnd hohem und niedrigem Druck. Die Frequenz einer Schallwelle gibt an, wie oft die Teilchen eines Stoffes schwingen, wenn die Schallwelle sie durchdringt. Die Beschallung verwendet typischerweise Ultraschallwellen mit Frequenzen von 20 kHz (20.000 Zyklen pro Sekunde) oder höher. Diese Frequenzen liegen über dem, was Sie hören können, aber während der Beschallung wird dennoch ein Gehörschutz empfohlen, da der Vorgang ein lautes Kreischgeräusch erzeugt. Je höher die Frequenz, desto stärker die Bewegung der Partikel.

Ein Ultraschallgerät ist ein leistungsstarkes Laborgerät mit einem elektrischen Ultraschallgenerator, der ein Signal erzeugt, um einen Wandler mit Strom zu versorgen. Der Wandler wandelt das elektrische Signal mit piezoelektrischen Kristallen um – Kristalle, die direkt auf Elektrizität reagieren, indem sie eine mechanische Schwingung erzeugen. Der Beschaller bewahrt und verstärkt die Schwingung, bis sie auf die Sonde übergeht. Die Sonde bewegt sich im Takt der Vibration, um sie auf die Lösung zu übertragen und bewegt sich schnell auf und ab. Der Beschallungsbediener kann die Amplitude basierend auf den Eigenschaften der Lösung steuern. Eine kleine Sondenspitze erzeugt eine intensivere Reaktion als eine große Sondenspitze, aber eine große Spitze erreicht mehr Lösung.

Nicht alle Ultraschallgeräte haben Sonden. Einige Ultraschallgeräte erzeugen Schallwellen in Proben in einem Ultraschallwasserbad.

Während der Beschallung bilden Druckzyklen Tausende von mikroskopisch kleinen Vakuumblasen in der Lösung. Die Blasen kollabieren in einem Prozess, der als Kavitation bekannt ist, in die Lösung. Dadurch entstehen starke Vibrationswellen, die im Kavitationsfeld eine enorme Energiekraft freisetzen, die stört molekulare Wechselwirkungen wie Wechselwirkungen zwischen Wassermolekülen, trennt Partikelklumpen und erleichtert mischen. Beispielsweise bei gelösten Gasschwingungen kommen die Gasblasen zusammen und verlassen leichter die Lösung.

Die Energie der Schallwellen erzeugt Reibung in der Lösung, wodurch Wärme entsteht. Um ein Aufheizen und Zersetzen einer Probe zu verhindern, bewahren Sie sie vor, während und nach der Beschallung auf Eis auf.

Wenn Zellen und Proteine ​​zu zerbrechlich sind, um einer Beschallung standzuhalten, ist eine schonendere Alternative die Enzymverdauung oder das Mahlen mit Sand.