La desintegración de estructuras celulares (lisis) mediante ultrasonidos se utiliza para la extracción de compuestos intracelulares o para la inactivación microbiana.
Antecedentes
En microbiología, el ultrasonido se asocia principalmente con la alteración (lisis) o desintegración celular (Allinger 1975). Al sonicar líquidos a altas intensidades, las ondas sonoras que se propagan en el medio líquido dan como resultado ciclos alternos de alta presión (compresión) y baja presión (rarefacción), con tasas que dependen de la frecuencia. Durante el ciclo de baja presión, 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 un ciclo de alta presión. Este fenómeno se denomina cavitación. Durante la implosión se alcanzan localmente temperaturas muy altas (aprox. 5.000 K) y presiones (aprox. 2.000 atm). La implosión de la burbuja de cavitación también da como resultado chorros de líquido de hasta 280 m / s de velocidad. Las fuerzas de corte resultantes rompen la envoltura celular mecánicamente y mejoran la transferencia de material. El ultrasonido puede tener efectos destructivos o constructivos en las células, dependiendo de los parámetros de sonicación empleados.
Desintegración celular
En condiciones de sonicación intensa, las células o los orgánulos subcelulares pueden liberar enzimas o proteínas como resultado de la desintegración celular. En este caso, el compuesto a disolver en un disolvente está encerrado en una estructura insoluble. Para extraerlo, se debe destruir la membrana celular. La rotura celular es un proceso sensible, debido a la capacidad de la pared celular para soportar una alta presión osmótica en el interior. Se requiere un buen control de la alteración celular para evitar una liberación sin obstáculos de todos los productos intracelulares, incluidos los restos celulares y los ácidos nucleicos, o la desnaturalización del producto. La ecografía sirve como un medio bien controlable para la desintegración celular. Para ello, los efectos mecánicos de los ultrasonidos proporcionan una penetración más rápida y completa del disolvente en los materiales celulares y mejoran la transferencia de masa. El ultrasonido consigue una mayor penetración de un disolvente en un tejido vegetal y mejora la transferencia de masa. Las ondas ultrasónicas que generan cavitación alteran las paredes celulares y facilitan la liberación de compuestos de matriz.
