¿Se puede utilizar el ultrasonido para la esterilización microbiana?

Sí, se puede aplicar la tecnología ultrasónica para esterilizar microorganismos. La tecnología ultrasónica tiene una amplia gama de aplicaciones en el campo de la microbiología, incluido el uso de ondas ultrasónicas para matar y esterilizar microorganismos.

Las ondas ultrasónicas generan ondas de vibración de alta frecuencia en los líquidos, lo que provoca efectos físicos intensos como cavitación, corrientes parásitas y efectos de resonancia. Estos efectos pueden provocar la ruptura de las membranas celulares de los microorganismos, dañar las estructuras celulares y provocar la muerte celular.

En aplicaciones prácticas, la tecnología ultrasónica se suele utilizar junto con desinfectantes o soluciones esterilizantes adecuados para mejorar la eficacia de la esterilización. Las ondas ultrasónicas pueden ayudar a los desinfectantes a penetrar las células de los microorganismos de manera más efectiva, acelerando la destrucción y muerte celular.

Por lo tanto, la tecnología ultrasónica se utiliza ampliamente en microbiología en diversos campos, incluida la inactivación bacteriana en laboratorios, la desinfección y limpieza de instrumentos médicos, el control microbiano en la industria alimentaria y más. Mediante el uso adecuado de la tecnología ultrasónica, se pueden llevar a cabo operaciones eficientes de esterilización y eliminación de microbios.

Se ha demostrado que el sistema de tratamiento ultrasónico es eficaz para matar bacterias, plancton y organismos más grandes. La cavitación ultrasónica en el tratamiento del agua de lastre es un método de tratamiento mecánico/físico que evita la adición de sustancias químicas activas costosas al agua de lastre. Esto asegura que el medio ambiente no se contamine y al mismo tiempo logra un alto efecto biológico en la destrucción y desactivación de organismos y microorganismos en el agua de lastre.

Fondo:
Cuando los buques no tienen la carga completa, se necesita lastre para mantener su estabilidad y seguridad. El agua se utiliza comúnmente como lastre, pero cuando se recolecta de su fuente, ingresan al agua una variedad de organismos, que generalmente comprenden comunidades planctónicas. Estos organismos pueden introducirse en un nuevo ecosistema en el destino, causando potencialmente una contaminación biológica innecesaria. Para evitar esta posible contaminación, se debe utilizar un sistema de desinfección eficaz para tratar el agua de lastre.

La propagación invasiva de organismos acuáticos ha sido identificada por el Fondo para el Medio Ambiente Mundial (FMAM) como una de las cuatro principales amenazas que enfrentan los océanos. Esto puede tener impactos extremadamente graves en el medio ambiente, la economía y la salud pública. Para evitar la introducción de moluscos nocivos (como el mejillón cebra, la almeja asiática, etc.) se pueden emplear diversos tratamientos de esterilización del agua de lastre (también conocidos como desinfección o neutralización). Un método de tratamiento común consiste en limpiar químicamente el agua de lastre, pero los productos químicos utilizados son perjudiciales para el medio ambiente y costosos. Con las crecientes regulaciones sobre las leyes de gestión del agua de lastre, los barcos están integrando varios métodos de tratamiento del agua de lastre, como la desinfección ultrasónica, para cumplir con las regulaciones.

Esterilización ultrasónica de agua a presión

El tratamiento de agua a presión por ultrasonidos es un método mecánico/físico que evita el uso de productos químicos nocivos y costosos. La fuerza de cavitación puede matar pequeños organismos y microorganismos acuáticos. Algunos estudios han demostrado que las ondas ultrasónicas tienen un alto efecto biológico sobre el mejillón cebra, los nematodos, las bacterias y los virus.

Desinfección por cavitación ultrasónica
Las ondas ultrasónicas de alta potencia generan burbujas de cavitación en el líquido, lo que lleva a la generación de intensas fuerzas de corte y altas tensiones. Cuando intensas ondas ultrasónicas se acoplan al líquido, las ondas sonoras se propagan hacia el medio líquido, provocando ciclos alternos de alta y baja presión, según la frecuencia. Durante los ciclos de baja presión (fase de enrarecimiento), las ondas ultrasónicas de alta intensidad crean pequeñas burbujas de vacío o huecos en el líquido. Cuando las burbujas alcanzan un volumen en el que ya no pueden absorber energía, colapsan violentamente durante los ciclos de alta presión (fase de compresión). Este fenómeno se conoce como cavitación. Durante la implosión, se alcanzan temperaturas localizadas muy altas (alrededor de 5.000 K) y presiones (alrededor de 2.000 atm). La implosión de las burbujas de cavitación también da como resultado velocidades de chorro de líquido de hasta 280 m/s.

Esta generación y colapso de burbujas de alta energía dan como resultado fuerzas de corte hidrodinámicas y oscilaciones ultrasónicas, que alteran las paredes celulares de los organismos y los matan efectivamente. Actualmente, el impacto ambiental de las técnicas asistidas por ultrasonidos no tiene problemas ambientales conocidos o previstos.

Efectos biológicos de las ondas ultrasónicas
Algunos estudios han demostrado que las ondas ultrasónicas pueden afectar eficazmente a virus y bacterias. Los estudios de desinfección utilizando dispositivos ultrasónicos en un volumen de flujo de 100 gpm (galones por minuto), equivalente a 23 m3/h, mostraron una reducción de 7 log para el poliovirus (<5μm), una reducción de 6-7 log para la bacteria Cryptosporidium. Se logró una tasa de mortalidad del 100% con nematodos (Ascaris) (8-10μm) y moluscos mejillón cebra (70μm). En un sistema de flujo de 600 gpm, la tasa de mortalidad del mejillón cebra fue la misma.

La tasa de inactivación de organismos grandes alcanzó el 100%, mientras que la tasa de inactivación de bacterias y virus disminuyó entre 6 y 7 log. Expuestos en un sistema experimental de flujo continuo durante 20 segundos, la tasa de inactivación de los ooquistes de Cryptosporidium fue del 93-98,6%, disminuyendo a los 10 segundos (4 log) en un reactor discontinuo experimental. También se informaron tasas de inactivación de Cryptosporidium (7 log), huevos de gusanos viables (4,2 log), poliovirus (8 log), Salmonella (9 log) y E. coli (9 log).

Una reducción de 2 log significa que el 99% de los organismos originalmente presentes en el agua han sido inactivados. Una reducción de 3 log significa que se ha inactivado el 99,9%, y así sucesivamente.

La capacidad de procesamiento de los sistemas ultrasónicos también depende de la potencia de salida. Los dispositivos ultrasónicos de alta potencia/alta intensidad requieren menos tiempo de exposición para su inactivación, lo que permite procesar mayores caudales. Este sistema ultrasónico se puede utilizar para presurización y despresurización.

Beneficios del tratamiento ultrasónico de agua a presión

· Libre de químicos

· Respetuoso con el medio ambiente

· Eficiente

· Efectos sinérgicos

· Bajo mantenimiento

· Seguro y fácil de operar

· Robusto y confiable

· Escalable a cualquier tamaño

La investigación sobre tecnologías de tratamiento combinado muestra que los ultrasonidos son altamente sinérgicos cuando se usan junto con otros métodos de desinfección de agua a presión (como ozono, cloración, irradiación UV, temperatura o alta presión). Debido a su fácil instalación y sus bajos requisitos de espacio, los equipos ultrasónicos son muy adecuados para actualizar y mejorar los sistemas de tratamiento de agua a presión existentes.