Công nghệ sóng siêu âm diệt khuẩn đang được ứng dụng như một phương pháp vật lý hiệu quả trong nhiều lĩnh vực hiện nay. Thay vì dùng nhiệt cao hoặc hóa chất mạnh, sóng siêu âm sử dụng các dao động tần số cao để phá vỡ cấu trúc tế bào vi khuẩn, làm giảm tải vi sinh mà vẫn giữ được tính an toàn. Vina Good Tech sẽ giải thích sóng siêu âm diệt khuẩn như thế nào, các cơ chế tác động, những điều kiện ảnh hưởng và ứng dụng thực tế qua nội dung dưới đây.
Nguyên lý diệt khuẩn bằng sóng siêu âm
Để sóng siêu âm có thể tiêu diệt vi khuẩn, cơ chế chủ yếu liên quan đến hiệu ứng cavitation – sự hình thành và vỡ nhanh các bong bóng vi mô trong chất lỏng. Khi sóng siêu âm (thường > 20 kHz) truyền vào dung dịch, nó tạo ra các chu kỳ áp suất cao – thấp xen kẽ.
Trong chu kỳ áp lực thấp, xuất hiện các bong bóng chân không (cavities), sau đó chúng “nổ” tung trong chu kỳ áp lực cao. Khi bong bóng vỡ, nó tạo ra các luồng rất mạnh, sốc thủy động lực học và nhiệt cực cao cục bộ. Năng lượng lớn từ vụ nổ bong bóng có thể tạo ra áp lực cao đến mức đủ phá vỡ thành tế bào vi khuẩn, làm vỡ màng tế bào hoặc màng cấu trúc bên trong vi sinh vật.
Ngoài ra, khi cavitation xảy ra, các phân tử nước có thể phân tách thành các gốc tự do như OH⁻, H₂O₂… Các gốc này có khả năng oxy hóa, gây tổn thương hóa học đến thành tế bào vi khuẩn, làm chúng bất hoạt hoặc chết.
>> Xem thêm:
Hiệu quả diệt khuẩn của sóng siêu âm – các nghiên cứu thực nghiệm
Các thử nghiệm lâm sàng và phòng thí nghiệm đã cho thấy sóng siêu âm có tác dụng diệt hoặc bất hoạt vi khuẩn, tuy nhiên mức độ hiệu quả phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
- Trong một nghiên cứu y khoa, việc chiếu siêu âm lên các vi khuẩn như S. aureus, P. gingivalis… cho thấy tỷ lệ tiêu diệt tăng theo thời gian chiếu (vài chục giây đến vài phút).
- Trong môi trường công nghiệp hoặc xử lý nước, siêu âm công suất cao có thể tạo ra lực cắt mạnh qua cavitation, phá vỡ tế bào vi sinh vật. Ví dụ: trong khử trùng nước dằn tàu, sóng siêu âm công suất lớn có thể đạt áp suất cực cao khi bong bóng vỡ, đủ để làm tổn thương và tiêu diệt vi khuẩn, vi rút và ký sinh vật nhỏ.
- Một thử nghiệm làm sạch vi sinh trên bề mặt thực phẩm sử dụng thiết bị siêu âm (ở trường đại học ITB) báo cáo mức giảm vi khuẩn lên tới 99,9% sau xử lý.
Tuy nhiên, sóng siêu âm đơn thuần đôi khi không đủ để tiệt trùng hoàn toàn nếu không kết hợp với hóa chất: việc lặp lại quá trình siêu âm nhiều lần có thể giảm hiệu quả khử khuẩn.
Yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả diệt khuẩn bằng siêu âm
Không phải sóng siêu âm nào cũng có hiệu quả diệt vi khuẩn như nhau. Có nhiều biến số tác động đến mức độ bất hoạt vi sinh vật, đó là:
- Cường độ sóng (power): Khi công suất sóng siêu âm càng cao, năng lượng cavitation mạnh hơn, tạo lực va đập lớn hơn => hiệu quả diệt khuẩn cao hơn.
- Thời gian tiếp xúc: Thời gian xử lý càng lâu, vi khuẩn càng chịu nhiều tổn thương vật lý và hóa học.
- Tần số siêu âm: Các tần số khác nhau ảnh hưởng đến kích thước bong bóng, tốc độ nổ và lực tác động. Tần số cao hơn có thể tạo bong bóng nhỏ, nhiều hơn, dễ tiếp cận bề mặt vi khuẩn; tần số thấp tạo bong bóng lớn hơn nhưng năng lượng mỗi nổ lớn hơn.
- Nhiệt độ và môi trường dung dịch: Nhiệt độ cao hơn có thể tăng cường hiệu ứng cavitation, nhưng nếu quá cao cũng ảnh hưởng đến hóa chất tẩy rửa hoặc cấu trúc tế bào.
- Thành phần hóa chất trong dung dịch: Nếu sử dụng chất tẩy rửa hoặc chất oxy hóa, các gốc tự do sinh ra từ cavitation có thể phản ứng mạnh hơn với vi sinh vật.
>> Xem thêm:
Ứng dụng diệt khuẩn bằng sóng siêu âm
Công nghệ siêu âm diệt khuẩn đã được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, điển hình là các lĩnh vực sau:
- Y tế: Dụng cụ y tế như dụng cụ nha khoa, dao mổ,… trước khi khử trùng bằng các phương pháp mạnh hơn được làm sạch bằng siêu âm để loại bỏ vi khuẩn bám trên bề mặt.
- Xử lý nước: Siêu âm công suất cao được dùng để khử trùng nước dằn (ballast water) trên tàu, giúp tiêu diệt vi khuẩn, virus, ký sinh nhỏ mà ít hoặc không cần hóa chất độc hại.
- Thực phẩm: Trong công nghiệp thực phẩm, siêu âm được sử dụng để khử khuẩn nước, sữa, nước trái cây mà không làm biến đổi quá mạnh chất lượng thực phẩm.
Sóng siêu âm diệt khuẩn là một phương pháp mạnh mẽ và linh hoạt, tận dụng hiệu ứng cavitation để phá vỡ tế bào vi khuẩn hoặc làm bất hoạt chúng thông qua lực vật lý và hóa học. Nhờ khả năng diệt vi sinh vật mà không cần nhiệt cao hoặc hóa chất mạnh, công nghệ này đang được ứng dụng rộng rãi trong y tế, xử lý nước và công nghiệp thực phẩm. Để đạt hiệu quả cao nhất, hãy liên hệ với Vina Good Tech để nhận tư vấn giúp bạn lựa chọn thiết bị có tần số, công suất, kết hợp loại dung dịch phù hợp nhé!
