Ultrasunetele sunt unde mecanice cu frecvențe între 20 kHz și 10 MHz, care transportă energie și au efecte fizice, chimice și biologice asupra mediului. Acestea pot provoca cavitație în lichide, generând micro-jeturi care afectează țesuturile vii, modificând structurile celulare și expresia genelor. Aplicațiile include realizarea emulsiilor, curățarea obiectelor și terapeutica în diverse domenii.

1. ULTRASUNETELE Efecte fizice, chimice şi biologice

2. DEFINIŢIE Frecvenţa unei unde este numărul de oscilaţii în unitatea de timp. Se măsoară în Hz. 1 Hz = 1 oscilaţie / secundă ULTRASUNETELE sunt unde mecanice cu frecvenţa cuprinsă între 20 kHz şi 10 MHz . Ca orice unde, ele transportă energie. Intensitatea ultrasunetelor este cantitatea de energie care străbate unitatea de suprafaţă în unitatea de timp. Se exprimă în W/cm2.

3. Unda ultrasonoră produce compresie şi rarefiere periodică

4. Variaţia densităţii mediului lichid supus la ultrasunete (piezoelectric 1,03 MHz)

5. Ultrasunete pulsatorii

6. EFECTELE FIZICE SI CHIMICE ALE ULTRASUNETELOR . APLICAŢII REALIZAREA EMULSIILOR (amestecarea lichidelor care în mod obişnuit nu se amestecă) TĂIEREA MATERIALELOE SOLIDE CURĂŢAREA DE IMPURITĂŢI A OBIECTELOR ÎN APĂ ÎNCĂLZIREA MATERIALELOR POLIMERIZĂRI ŞI DEPOLIMERIZĂRI PRODUCEREA DE RADICALI LIBERI

7. Cavitaţia Cavitaţia este fenomenul de producere a unor micro-cavităţi într-un lichid supus ultrasunetelor. Aceste micro-cavităţi oscilează şi apoi se sparg ( implodează ), producând un şoc hidraulic . Se formează un micro-jet de lichid cu viteză de peste 100 m/s . Temperatura locală ajunge la 5000K, iar presiunea la 2000 atm.

8. Oscilaţia şi implozia micro-cavităţii

9. Oscilaţia şi implozia micro-cavităţii

10. Implozia micro-cavităţii. Micro-jetul loveşte suprafaţa solidă

11. Micro-cavitate

12. Acţiunea mecanică asupra ţesuturilor vii Când ultrasunetele traversează un ţesut forţele vibratorii se exercită asupra tuturor componentelor intra- şi extra-celulare. Ultrasunetele de 1,5MHz şi 150 mW/cm2 produc deplasări ale componentelor celulare cu 4,6 nm, cu viteza max. 4,6 cm/s. Particulele vibrează de 1,5 milioane de ori pe secundă. (Wells, 1969)

13. Cavitaţia în ţesuturi Cavitaţia poate să apară în ţesuturile vii chiar şi la intensităţi mici ale ultrasunetelor. De exemplu, la 0,75 MHz şi 240 mW/cm2 s-au observat micro-cavităţi cu diametrul de 10 microni. (Haar, 1982; Schortinghuis, 2003)

14. Modificarea membranelor celulare Ultrasunetele produc modificări ale membranei celulare. (Dinno, 1989) Modifică transportul ionilor prin membrana celulară. (Chapman, 1980)

15. Modificarea expresiei genelor Chiar şi la intensităţi mici, ultrasunetele pot modifica expresia unor gene. (Yang KH, 1996)

16. BIBLIOGRAFIE Chapman, I (1980), Ultrasound induced changes in rates of influx and efflux of potassium ions in rat thymocytes in vitro , Ultrasound Med Biol 6: 47-58. Dinno, MA (1989), The significance of membrane changes in the safe and effective use of therapeutic and diagnostic ultrasound , Phys Med Biol 34: 1543-1552. Shortinghuis (2003), Ultrasound stimulation of maxillofacial bone healing , Critical Reviews in Oral Biology & Medicine: 63-74. Wells PNT (1969), Physical principles of ultrasonic diagnosis , London, Academic Press. Yang KH (1996), Exposure to low-intensity ultrasound increases aggrecan gene expression in a rat femur fracture model , J. Ortop Res, 14: 802-809.