초음파는 물질 전달, 열 전달, 화학 반응 등 다양한 분야에서 활용되기 때문에 세계적으로 주목받는 연구 분야입니다. 초음파 전력 장비의 개발 및 보급으로 유럽과 미국에서는 산업화가 어느 정도 진전되었습니다. 중국의 과학기술 발전은 새로운 학제적 영역인 초음파화학(sonochemistry)으로 발전했습니다. 초음파화학의 발전은 이론과 응용 분야에서 이루어진 많은 연구의 영향을 받아 왔습니다.
소위 초음파는 일반적으로 20kHz~10MHz 주파수 범위의 음향파를 지칭합니다. 화학 분야에서 초음파의 응용력은 주로 초음파 공동화 현상에서 비롯됩니다. 100m/s 이상의 속도를 가진 강력한 충격파와 마이크로젯은 충격파와 마이크로젯의 높은 경사 전단력으로 수용액에서 히드록실 라디칼을 생성할 수 있습니다. 이에 따른 물리적 및 화학적 효과는 주로 기계적 효과(음향 충격파, 충격파, 마이크로젯 등), 열적 효과(국부적인 고온 고압, 전체 온도 상승), 광학적 효과(음향 발광), 그리고 활성화 효과(수용액에서 히드록실 라디칼 생성)입니다. 이 네 가지 효과는 독립적으로 발생하는 것이 아니라, 상호 작용하고 촉진하여 반응 속도를 높입니다.
현재 초음파 응용 연구를 통해 초음파가 생물 세포를 활성화하고 신진대사를 촉진할 수 있음이 입증되었습니다. 저강도 초음파는 세포 전체 구조를 손상시키지 않으면서 세포의 신진대사 활동을 향상시키고, 세포막의 투과성과 선택성을 증가시키며, 효소의 생물학적 촉매 활성을 촉진합니다. 고강도 초음파는 효소를 변성시키고, 강한 진동 후 세포 내 콜로이드를 응집 및 침전시키며, 겔을 액화 또는 유화시켜 박테리아의 생물학적 활성을 감소시킵니다. 또한, 초음파 캐비테이션으로 인한 순간적인 고온, 온도 변화, 순간적인 고압 및 압력 변화는 액체 내 일부 박테리아를 사멸시키고, 바이러스를 불활성화시키며, 심지어 일부 작은 생물의 세포벽을 파괴할 수도 있습니다. 고강도 초음파는 세포벽을 파괴하고 세포 내 물질을 방출할 수 있습니다. 이러한 생물학적 효과는 조류 세포 구조의 특수성으로 인해 표적에 대한 초음파의 효과에도 적용될 수 있습니다. 초음파 조류 억제 및 제거를 위한 특수 메커니즘도 있는데, 즉 조류 세포 내의 에어백을 캐비테이션 버블의 캐비테이션 핵으로 사용하고, 캐비테이션 버블이 파괴되면 에어백도 파괴되어 조류 세포가 부유 제어 능력을 상실하게 됩니다.
게시 시간: 2022년 9월 1일