1. Khái niệm
Máy đồng hóa siêu âm (Ultrasonic Homogenizer): là thiết bị dùng để phá vỡ các hạt, phá vỡ tế bào hoặc trộn các chất bằng cách sử dụng sóng âm tần số cao để tạo ra sự phân tán đồng nhất của các chất lỏng hoặc hỗn hợp. Nguyên lý hoạt động của máy dựa trên việc phát ra sóng siêu âm với tần số cao (Thường từ 20 kHz đến 100 kHz) tạo ra áp suất và biến đổi nhiệt độ trong chất lỏng. Điều này giúp việc phá vỡ các hạt, mô và tế bào khiến chúng phân tán, trộn lẫn các thành phần trong mẫu giúp tạo ra một dung dịch hoặc nhũ có độ tương đồng tốt nhất.
2. Ứng dụng
- Chiết xuất protein, enzyme và các chất có giá trị từ thực vật hoặc tế bào.
- Sử dụng trong sản xuất mỹ phẩm, thực phẩm và dược phẩm để tạo ra nhũ tương ổn định.
- Phân tán và giảm kích thước hạt trong công nghệ nano.
- Dùng trong nghiên cứu sinh học để ly giải tế bào và thu thập các thành phần nội bào.
- Phá vỡ tế bào, giúp chiết xuất DNA, RNA, protein từ tế bào vi khuẩn hoặc thực vật.
3. Nguyên lý hoạt động
- Tạo sóng siêu âm:
Máy sử dụng một bộ phát sóng siêu âm tạo ra sóng âm ở tần số cao (Thường từ 20 kHz đến 40 kHz). Sóng siêu âm này được truyền vào chất lỏng qua một đầu dò thường được làm bằng titan để đảm bảo môi trường và hiệu suất cao.
- Tạo hiện tượng xâm thực (cavation):
+ Khi sóng siêu âm truyền vào chất lỏng, nó tạo ra các phản ứng xen kẽ giữa các vị trí có áp suất cao và vị trí có áp suất thấp. Trong các vị trí có áp suất thấp, các bọt khí nhỏ li ti được tạo ra.
+ Những bọt khí này sau đó nổ tung khi di chuyển vào vị trí áp suất cao, tạo ra xung lực mạnh. Khiến các bọt khí nổ, chúng tôi tạo ra các lực cắt và va đập cực mạnh trong chất lỏng.
+ Những lực này phá vỡ các hạt lớn trong mẫu thành các hạt nhỏ hơn, làm cho mẫu được đồng nhất. Quá trình này cũng làm tăng sự phân tán và trộn lẫn các thành phần trong mẫu.
Tần số siêu âm ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ xâm thực và kích thước hạt cuối cùng. Ở tần số thấp (khoảng 20 kHz), cường độ xâm thực mạnh, có thể phá vỡ các hạt lớn hơn, nhưng kích thước hạt cuối cùng sẽ không quá nhỏ. Ở tần số cao hơn (khoảng 40 kHz trở lên), quá trình xâm thực trở nên tinh vi hơn, giúp giảm kích thước hạt đến mức nano, nhưng hiệu quả xâm thực giảm.
• Tần số thấp (20-30 kHz): Dùng cho các ứng dụng cần phá vỡ các hạt lớn hoặc cần sự xâm thực mạnh mẽ, ví dụ như xử lý nhũ tương hoặc tế bào cứng.
• Tần số cao (40-60 kHz): Dùng cho các ứng dụng yêu cầu đồng hóa mịn và đồng đều, ví dụ như xử lý chất lỏng có độ nhớt thấp hoặc chế tạo vật liệu nano.
4. Những lưu ý khi sử dụng máy đồng hóa siêu âm
Máy đồng hóa siêu âm có thể xử lý các loại vật liệu có độ nhớt cao hay không, và hiệu suất của nó thay đổi thế nào khi xử lý các vật liệu này?
Máy đồng hóa siêu âm có thể xử lý vật liệu có độ nhớt cao, nhưng hiệu suất của nó sẽ giảm khi độ nhớt tăng.
Nguyên nhân là do khi độ nhớt của mẫu vật cao, năng lượng siêu âm khó truyền qua chất lỏng hơn, làm giảm hiệu quả xâm thực và khả năng đồng hóa.
Để cải thiện hiệu suất, người dùng có thể điều chỉnh cường độ sóng siêu âm hoặc giảm thể tích mẫu vật trong một lần xử lý. Các thiết kế đặc biệt với cường độ sóng siêu âm mạnh hơn có thể được sử dụng để đồng hóa các mẫu vật có độ nhớt rất cao như bùn, keo hay nhũ tương.
Hiện tượng xâm thực siêu âm xảy ra trong quá trình đồng hóa có thể gây ảnh hưởng đến cấu trúc của các chất liệu nhạy cảm, như tế bào sinh học hay không? Nếu có, làm thế nào để giảm thiểu rủi ro này?
Hiện tượng xâm thực siêu âm có thể gây hại cho các cấu trúc nhạy cảm, như tế bào sinh học, vì sóng siêu âm có thể tạo ra các bong bóng khí nhỏ và phá vỡ màng tế bào. Để giảm thiểu rủi ro này, có thể điều chỉnh tần số và cường độ của sóng siêu âm để làm quá trình diễn ra nhẹ nhàng hơn. Ngoài ra, thời gian đồng hóa có thể được giảm bớt hoặc thực hiện dưới điều kiện kiểm soát nhiệt độ thấp để hạn chế tổn thương.
• Sử dụng tần số siêu âm cao (trên 40 kHz) sẽ làm giảm cường độ xâm thực, do đó giảm thiểu tác động phá hủy tế bào.
• Điều chỉnh các chu kỳ bật/tắt để tránh quá trình xâm thực kéo dài liên tục.
Làm thế nào để kiểm soát nhiệt độ trong quá trình đồng hóa siêu âm, đặc biệt khi xử lý các mẫu nhạy cảm với nhiệt độ?
Sóng siêu âm tạo ra nhiệt trong quá trình đồng hóa, điều này có thể gây hại cho các mẫu nhạy cảm với nhiệt độ như mẫu sinh học. Để kiểm soát nhiệt độ:
- Sử dụng hệ thống làm mát: Bồn chứa hoặc máy có thể được kết hợp với hệ thống làm mát, như một bể chứa nước lạnh, để giữ nhiệt độ ở mức thấp.
- Điều chỉnh thời gian và chu kỳ hoạt động: Giảm thời gian siêu âm liên tục và thực hiện theo chu kỳ (bật/tắt) sẽ giúp hạn chế sự gia tăng nhiệt.
- Theo dõi nhiệt độ: Sử dụng cảm biến nhiệt độ trong suốt quá trình để đảm bảo nhiệt độ không vượt quá mức cho phép.
WicoLab là một đơn vị thuộc công ty TNHH Thiết Bị và Công Nghệ Wico chuyên cung cấp các thiết bị phòng thí nghiệm như máy đồng hóa siêu âm với chất lượng cam kết 100%, nguồn gốc rõ ràng, đa dạng về các loại sản phẩm và giá cả cạnh tranh. Ngoài ra WicoLab luôn xây dựng trên phương châm chất lượng đặt lên hàng đầu và hướng đến lợi ích của khách hàng, bên cạnh đó, đội ngũ nhân viên chuyên nghiệp cũng sẽ sẵn sàng hỗ trợ tư vấn tận tình cho bạn về sản phẩm cũng như hỗ trợ bạn về các vấn đề sau khi mua sản phẩm. Liên hệ ngay để được tư vấn khi bạn có nhu cầu mua máy đồng hóa siêu âm hoặc các sản phẩm khác cho phòng thí nghiệm nhé.
