Ультразвук и его влияние на живые организмы на примере дрожжевых клеток

Ультразвук обладает особыми свойствами и в настоящее время широко используется в практике физических, физико-химических и биологических исследований, а также в целях дефектоскопии, подводной связи, ускорения некоторых химико-технологических процессов, получения эмульсий, сушки, очистки, сварки и других процессов.

В биологии посредством ультразвука производится воздействие на бактерии, вирусы, семена растений.

Цель работы

Краткий обзор теории ультразвуковых волн, способов их получения, а также подтверждение или опровержение на практике влияния частоты и общей дозы энергии ультразвуковых волн на рост и размножение живых (дрожжевых) клеток.

Описание

Под действием ультразвуковых волн в биологических средах происходят физико-химические превращения.

При умеренной интенсивности звука эти явления не вызывают повреждений и способствуют жизнедеятельности организма.

При больших интенсивностях сильное нагревание и кавитация вызывают разрушение тканей. Биологическое действие ультразвука существенно зависит от его интенсивности, меняя которую, можно получить любые эффекты – от стимуляции до разрушения. При этом ультразвук даже с энергией ниже, чем порог кавитации в жидкости, может иметь летальное воздействие на микроорганизмы с размерами дрожжевых клеток.

Работа посвящена исследованию влияния на рост и размножение дрожжевых клеток частоты ультразвуковых колебаний и длительности их воздействия.

Результат

Результаты экспериментов показывают, что, с одной стороны, при воздействии ультразвуковых волн на дрожжевую суспензию происходит стимулирование жизнедеятельности бактерий за счёт механического разделения их скоплений и образования отдельных жизнеспособных клеток, дающих начало новым колониям. С другой стороны, ультразвук оказывает летальное воздействие на микроорганизмы, имеющие размеры дрожжевых клеток, за счёт разрыва клеточных мембран и нарушения механической целостности клеток.

Отсутствие биологического эффекта при кратковременном воздействии и явные нарушения при длительном действии ультразвука тех же и даже меньших интенсивностей становится понятным, если допускать, что в одном случае репарационные механизмы успевают справиться со скрытыми нарушениями, а в другом – воздействие приводит к перенапряжению репарационных систем.

Оснащение и оборудование

• Школьный микроскоп
• Лабораторная ультразвуковая ванна
• Чашки Петри
• Термометр
• Индикаторная бумага с нанесённым на неё фенолфталеином для измерения рН-среды
• Метиленовый синий
• Смартфон для фотографирования

Перспективы использования результатов работы:

• при производстве дрожжей, если питательную среду с посеянными чистыми культурами перемешивать в течение 3−5 минут гидродинамическим диспергатором выбранной мощности;
• в хлебопекарной промышленности, если при перемешивании теста одновременно использовать ультразвуковую сирену.

Награды/достижения

Открытая московская инженерная конференция школьников «Потенциал», секции «Физика - теоретические и экспериментальные исследования в физике» - диплом III степени.

74-е Дни науки студентов НИТУ МИСиС, 2019. Направление «Экология» - победитель.