ما هو الفرق بين التحريك الميكانيكي وتقنية التشتت بالموجات فوق الصوتية؟

يشير تشتت الجسيمات إلى العملية التي يتم فيها فصل جزيئات المسحوق وتنتشر بشكل موحد عبر وسط سائل. اعتمادًا على طريقة التشتت يمكن تصنيفها على النحو التالي:

تشتت التحريك الميكانيكي: يستخدم في المقام الأول الطاقة الميكانيكية مثل قوى القص أو التأثير لتفريق الجسيمات النانوية في الوسط. من خلال تطبيق القوة الميكانيكية على نظام التشتت، تحدث تغيرات فيزيائية وكيميائية في مواد النظام جنبًا إلى جنب مع سلسلة من التفاعلات الكيميائية لتحقيق التشتت. ومع ذلك، فإن وجود وسائط الطحن أثناء عملية الطحن يقدم شوائب جديدة ويفرض قيودًا معينة على تكوين جزيئات دون الميكرون.

المحرض الميكانيكي هو جهاز يفرض الحمل الحراري والخلط الموحد للوسط السائل أو الغازي. يؤثر نوع وحجم وسرعة المحرض على توزيع قوة التحريك بين التدفق الكلي ونبض التيار الدوامي. عادة، يكون توزيع الطاقة لمحرك على شكل توربين مفيدًا لنبض التيار الدوامي، في حين أن محرك على شكل المروحة مفيد للتدفق الكلي. بالنسبة لنوع معين من أدوات التحريك، في ظل ظروف استهلاك الطاقة المتساوي، فإن جهاز التحريك ذو القطر الكبير والسرعة المنخفضة يستهلك بشكل أساسي الطاقة في التدفق الإجمالي، مما يفضل الخلط العياني. يستهلك المحرك ذو القطر الصغير والسرعة العالية الطاقة بشكل أساسي في نبض التيار الدوامي، مما يفضل الخلط المجهري.

التشتت بالموجات فوق الصوتية: تقنية شائعة لتشتيت المواد تستخدم موجات فوق صوتية عالية التردد لتفريق المواد إلى جزيئات صغيرة، مما يحقق خلطًا موحدًا.

التشتت بالموجات فوق الصوتية هو عملية تستخدم الاهتزاز الميكانيكي للموجات فوق الصوتية لتفريق الجزيئات في السائل. في هذه العملية، يولد مصدر الموجات فوق الصوتية اهتزازات عالية التردد تنتشر عبر السائل، مما يخلق قوى قص ميكانيكية قوية وتدفقات دقيقة، مما يؤدي إلى تشتيت الجزيئات بشكل فعال بالتساوي في السائل.

أحد أسباب وجود معدات تشتيت الموجات فوق الصوتية هو حدوث إجهاد الشد في السائل مما يؤدي إلى تكوين ضغط سلبي محليا. يؤدي انخفاض الضغط إلى زيادة تشبع الغازات الذائبة في السائل وخروجها من السائل، مكونة فقاعات صغيرة. سبب آخر هو إجهاد الشد القوي الذي 'يمزق' السائل، مما يخلق تجويفًا يعرف باسم التجويف.

يعد التشتت بالموجات فوق الصوتية لتشتت الجسيمات على نطاق واسع مجالًا ناشئًا متعدد التخصصات تطور في السنوات الأخيرة. يشير تشتت الجسيمات إلى العملية الهندسية لفصل جزيئات المسحوق وتشتتها في وسط سائل وتوزيعها بشكل موحد في جميع أنحاء السائل. وهي تشتمل بشكل أساسي على ثلاث مراحل: الترطيب، وتفكيك التكتل، وتثبيت الجزيئات المشتتة. يشير الترطيب إلى عملية إدخال المسحوق ببطء في نظام الخلط، وتشكيل الدوامات، واستبدال الهواء أو الشوائب الأخرى الممتصة على سطح المسحوق بالسائل. يشير Deagglomeration إلى تشتيت التكتلات الأكبر حجمًا إلى جزيئات أصغر من خلال الطرق الميكانيكية أو الموجات فوق الصوتية. يضمن التثبيت بقاء جزيئات المسحوق منتشرة بشكل موحد في السائل لفترة طويلة. اعتمادًا على طريقة التشتت، يمكن تصنيفها على أنها تشتت فيزيائي وتشتت كيميائي. التشتت بالموجات فوق الصوتية هو أحد طرق التشتت الفيزيائي.

التشتت بالموجات فوق الصوتية هو تقنية تستخدم موجات اهتزاز عالية التردد لتفريق المواد إلى جزيئات صغيرة، بما في ذلك جوانب مثل تأثيرات الضغط الصوتي، وقوى القص، والتأثيرات الحرارية، وخصائص المواد. من خلال اختيار معلمات الموجات فوق الصوتية المناسبة وظروف المعالجة، يمكن تحقيق خلط وتوزيع المواد بكفاءة وموحدة.

يستخدم التشتت بالموجات فوق الصوتية بشكل شائع في تحضير الجسيمات النانوية والمستحلبات والمعلقات وما إلى ذلك. بالمقارنة مع طرق التحريك الميكانيكية التقليدية، توفر تقنية التشتت بالموجات فوق الصوتية مزايا مثل فعالية التشتت الفائقة والتشغيل السريع وسهولة الاستخدام والتوزيع الضيق لحجم الجسيمات. يتم تطبيق التشتت بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في مواد الجسيمات، والطب الحيوي، والصناعات الكيماوية، والغذاء، وغيرها من المجالات.

تحضير الجسيمات النانوية: يستخدم التشتت بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لتحضير الجسيمات النانوية عن طريق تشتيت جزيئات المسحوق إلى جسيمات نانوية باستخدام الحركة الميكانيكية للموجات فوق الصوتية، لإنتاج المواد النانوية والمركبات النانوية.

التطبيقات الطبية الحيوية: في المستحضرات الصيدلانية، يمكن استخدام التشتت بالموجات فوق الصوتية لإنشاء ناقلات أدوية نانوية لتعزيز التوافر البيولوجي وفعالية الأدوية.

معالجة الأغذية: يستخدم التشتت بالموجات فوق الصوتية في صناعة المواد الغذائية لعمليات الاستحلاب والتعليق والتجانس المستخدمة في إنتاج المستحلبات والزبادي والعصائر وغيرها.

الصناعة الكيميائية: في صناعات مثل الطلاء والأحبار والأصباغ، يتم استخدام التشتت بالموجات فوق الصوتية لتجانس وتشتيت جزيئات الصباغ.

تخليق المواد النانوية: يستخدم التشتت بالموجات فوق الصوتية لتجميع المواد النانوية مثل الجسيمات النانوية والألياف النانوية وما إلى ذلك.

تحضير المستحلبات وعوامل الاستحلاب: يستخدم التشتت بالموجات فوق الصوتية لتحضير المستحلبات المستقرة وعوامل الاستحلاب، ويتم تطبيقها على نطاق واسع في الصناعات الغذائية ومستحضرات التجميل والصناعات الدوائية، إلخ.

خلايا الوقود: يتم استخدام التشتت بالموجات فوق الصوتية لإعداد المواد الأساسية لخلايا الوقود، مثل المحفزات والأغشية المنحل بالكهرباء.

تحميل الأدوية بالجسيمات النانوية: يُستخدم التشتت بالموجات فوق الصوتية لإعداد أنظمة توصيل الأدوية النانوية، حيث تحمل الجسيمات النانوية الأدوية لتوصيل الأدوية المستهدفة.