DE4305660C2 - Device and method for controlling the size distributions of gas or liquid bubbles in a liquid medium - Google Patents
Device and method for controlling the size distributions of gas or liquid bubbles in a liquid mediumInfo
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Description
Die Erzeugung von Blasen mit definierter Maximalgröße in bestimmten Flüssigkeiten ist auf vielen Gebieten von größtem Interesse, so zum Beispiel in der Medizin, der Pharmazeutik, aber auch in weiten Bereichen der chemischen Industrie, über die Nahrungsmittelindustrie bis hin zur Metallindustrie. Es sind sogar Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Solarenergie denkbar.The generation of bubbles with a defined maximum size in certain liquids is on many Areas of greatest interest, for example in medicine, pharmaceuticals, but also in wide areas of the chemical industry, through the food industry to the metal industry. Applications in the field of solar energy are even conceivable.
Es wurden bereits vielerseits unzählige Techniken und Verfahren zur Herstellung solcher Blasen in Flüssigkeiten getestet. All diese Verfahren sind um eine bestmögliche Standardisierung des Herstellungsverfahrens zur Reproduzierbarkeit, sowie um eine optimale Steuerung der maximalen Blasengröße bemüht:Many techniques and processes for producing such bubbles have already been developed on a large number tested in liquids. All of these procedures are aimed at the best possible standardization of the Manufacturing process for reproducibility, as well as optimal control of the maximum Bubble size tries:
- - Bei einigen Verfahren wird die Lösung des Problems durch das Einsprühen von Gasen mit Hilfe von Düsen angegangen (z. B. OS 29 23 493). Hierbei läßt sich durch die Wahl der Einspritzdüse eine sehr feine Dispersion des Gases in der Flüssigkeit erreichen, wodurch unter anderem auch sehr kleine Bläschen entstehen können. Die erlangte Blasendichte dieser Methode ist zwar sehr hoch, aber leider liegt die Größenvariation dieser Blasen innerhalb eines so breiten Spektrums, daß durch diese Methode keine Blasen definierter Größe erzeugt werden können.- In some processes, the solution to the problem is by spraying gases with Helped with nozzles (e.g. OS 29 23 493). Here, the choice of Injector can achieve a very fine dispersion of the gas in the liquid, causing under other very small bubbles can arise. The attained bladder density of this The method is very high, but unfortunately the size variation of these bubbles is within such a broad spectrum that this method does not produce bubbles of a defined size can be.
- - Das Einpressen von Gasen durch poröse Schaummaterialien, wodurch das eingeleitete Gas in feine Dispersionen aufgebrochen wird, findet man vor allem bei der "Spülung" von Metallschmelzen mit Hilfe von "Spülgasen", wie z. B. in der Offenlegungsschrift Nr. 29 14 347 beschrieben ist. Hierbei erweist sich die Wirkung der Spülgase umso effizienter, je kleiner die eingeleiteten Blasen sind. Diese Methode erfordert aber einerseits sehr teure und feine Filtersysteme ("Spülsteine"), andererseits einen sehr hohen Druck beim eingepreßten Gas. Dieser erforderliche Druck wird zum ernsthaften Problem, sobald Blasendurchmesser im Mikrometerbereich angestrebt werden. Außerdem läßt sich auch hier eine große Streuungsbreite in den Blasendurchmessern beobachten. Handelt es sich bei den gewünschten Größen um den Mikrometerbereich so erschwert sich zudem erheblich die Herstellung der geeigneten porösen Materialien, weil zur Erzeugung einer kleinen Blase bekanntlich eine noch sehr viel kleinere Gasauslaßöffnung vonnöten ist.- The injection of gases through porous foam materials, causing the gas introduced is broken up into fine dispersions, especially in the "rinsing" of metal melts with the help of "purge gases" such. B. in laid-open specification No. 29 14 347 is described. Here, the effect of the purge gases proves to be more efficient, the smaller the bubbles introduced are. On the one hand, this method requires very expensive and fine ones Filter systems ("flushing stones"), on the other hand a very high pressure when the gas is injected. This required pressure becomes a serious problem once the bubble diameter is in the micrometer range be aimed for. In addition, a wide range of scatter can also be found here observe in the bubble diameters. If the desired sizes are the Micrometer range also makes it considerably more difficult to produce suitable porous materials Materials because, as is well known, a much smaller one to create a small bubble Gas outlet opening is required.
- - Eine Verbesserung der vorgenannten Methode wird in der Offenlegungsschrift DE 31 29 234 A1 vorgeschlagen. Bevor hier die Gase durch einen porösen Spülstein eingepreßt werden, erwärmt man sie auf die Temperatur der Flüssigkeit, um eine nachträgliche Ausdehnung der Blasen in der Flüssigkeit zu verhindern. Die entstandenen Blasen verändern sich also demnach nicht mehr ganz so stark nach Einblasen in die Flüssigkeit, jedoch bleiben die übrigen, schon oben genannten Probleme weiter bestehen. - An improvement of the aforementioned method is described in the published patent application DE 31 29 234 A1 suggested. Before the gases are injected through a porous sink, one heats them to the temperature of the liquid in order to expand it later To prevent bubbles in the liquid. The resulting bubbles change accordingly not quite as strong after blowing into the liquid, but the rest remain problems mentioned above persist.
- - Das Einrühren von Gasen in die Flüssigkeit mittels geeigneter Vorrichtungen, wie Ultraschallhomogenisatoren (S. B. Feinstein, F. J. Ten Cate, W. Zwehl, K. Ong, G. Maurer, C. Tei, P. M. Shah, S. Meerbaum and E. Corday, "Two-Dimensional Contrast Echocardiography I. In Vitro Development and Quantitative Analysis of Echo Contrast Agents" J. Am. Coll. Cardiol., 1984, Vol. 3, Seiten 14-20) oder Rotorsystemen (vgl. DE 33 17 312 A1) ist zwar sehr handlich und schnell in der Durchführung, solange es sich bei dem eingerührten Gas um die umgebende Raumluft handelt, jedoch liegt die Streuung der Blasengrößen, wie auch bei den vorgenannten Methoden, innerhalb einer so großen Bandbreite, daß eine genaue Festlegung des gewünschten maximalen Blasendurchmessers, gerade im Mikrometerbereich aussichtslos ist. Dies ist besonders bei der Herstellung von bläschenhaltigen Ultraschallkontrastmitteln für die medizinische Diagnostik nicht vertretbar, da hier eine Änderung der Blasengröße eine Verstärkung des von der Blase reflektierten Ultraschallsignals in der 3. Potenz nach sich zieht (B. F. Vandenberg, S. Feinstein, R. A. Kieso, M. Hunt und R. E. Kerber, "Myocardial risk area and peak gray level measured by contrast echocardiography: Effect of microbubble size and concentration, injection rate, and coronary vasodilation", Am. Heart. J., 1988, Vol. 115, Seiten 733-739), wodurch sehr störende Artefakte entstehen.- The stirring of gases into the liquid by means of suitable devices, such as ultrasonic homogenizers (S. B. Feinstein, F. J. Ten Cate, W. Zwehl, K. Ong, G. Maurer, C. Tei, P. M. Shah, S. Meerbaum and E. Corday, "Two-Dimensional Contrast Echocardiography I. In Vitro Development and Quantitative Analysis of Echo Contrast Agents "J. Am. Coll. Cardiol., 1984, Vol. 3, pages 14-20) or rotor systems (cf. DE 33 17 312 A1) is very handy and quick to carry out as long as it is the stirred-in gas is the surrounding room air, but the scatter lies the bubble sizes, as with the aforementioned methods, within such a wide range, that an exact definition of the desired maximum bubble diameter, just is hopeless in the micrometer range. This is especially true in the manufacture of vesicles Ultrasound contrast media for medical diagnostics are not justifiable, because here one Changing the bubble size is an amplification of the ultrasound signal reflected by the bubble in the third power (B. F. Vandenberg, S. Feinstein, R. A. Kieso, M. Hunt and R. E. Kerber, "Myocardial risk area and peak gray level measured by contrast echocardiography: Effect of microbubble size and concentration, injection rate, and coronary vasodilation ", Am. Heart. J., 1988, Vol. 115, pages 733-739), which creates very annoying artifacts.
-
- Die Erzeugung von Blasen mit Hilfe von Ultraschall hoher Intensität, basierend auf dem
Kavitationsphänomen, wird in der Offenlegungsschrift DE 41 13 578 A1 beschrieben (siehe
auch Spektrum der Wissenschaft April 1969, Seite 60-66). Allerdings treten durch die
hohe Energiedichte der dafür notwendigen Schallwellenamplitude innerhalb der entstandenen
Kavitationsbläschen in Abhängigkeit von der jeweiligen Gasart Temperaturen bis zu 5000
Grad Celsius auf (K. S. Suslick in "Ultrasound its chemical, biological and physical
effects", Editor K. S. Suslick, VCH-Verlagsgesellschaft, Weinheim 1988, Seite 130).
Bei solch hohen Temperaturen laufen zwischen den Medien schwer abschätzbare sonochemische
Reaktionen ab, so daß dem Einsatz dieser Methode im pharmazeutisch-medizinischen
Bereich größte Bedenken entgegengebracht werden müssen. Es treten schädliche und aggressive
Verbindungen wie z. B. H₂O₂ auf.
Ein weiterer Nachteil dieser Methode zeigt sich in der Instabilität der aus dem Unterdruck entstandenen Bläschen, welche nach Beendigung der Sonifikation innerhalb kurzer Zeit wieder kollabieren, weshalb sich diese Methode zur Erzeugung von Blasen mit hoher Halbwertszeit, wie es z. B. bei der Herstellung von Ultraschallkontrastmitteln im medizinischen Bereich erforderlich ist, nicht eignet.- The generation of bubbles with the aid of high-intensity ultrasound, based on the cavitation phenomenon, is described in the published patent application DE 41 13 578 A1 (see also Spectrum of Science April 1969, pages 60-66). However, due to the high energy density of the necessary sound wave amplitude within the cavitation bubbles created, temperatures up to 5000 degrees Celsius occur depending on the type of gas (KS Suslick in "Ultrasound its chemical, biological and physical effects", editor KS Suslick, VCH publishing company, Weinheim 1988, page 130). At such high temperatures, sonochemical reactions, which are difficult to estimate, take place between the media, so that the use of this method in the pharmaceutical-medical field must be raised with the greatest concerns. There are harmful and aggressive connections such. B. H₂O₂.
Another disadvantage of this method shows itself in the instability of the vesicles resulting from the negative pressure, which collapse again within a short time after the end of the sonification. B. is required in the manufacture of ultrasound contrast media in the medical field, not suitable. - - Wie mancherorts beschrieben, käme auch eine Erzeugung von Blasen unterschiedlichster Größe (z. B. durch Einspritzdüsen) in Flüssigkeiten, gefolgt von einer anschließenden Herausfilterung der Blasen einer gewünschten Größe durch geeignete Filter in Frage. Bei dieser zeitaufwendigen (die blasenhaltige Flüssigkeit muß sehr langsam durch den Filter gepreßt werden, um eine mechanische Schädigung der Blasen mit der richtigen Größe gering zu halten) und umständlichen Methode tritt jedoch die sehr geringe Blasenausbeute in den Vordergrund. Diese hat ihre Ursache einerseits, bedingt durch den höheren Zeitaufwand in der Koaleszenz von kleineren Blasen zu größeren, andererseits in der mechanischen Zerstörung vieler Blasen der erwünschten Größe durch Wandkontakt an den Filterporen. - As described in some places, the production of bubbles would also be very different Size (e.g. through injection nozzles) in liquids, followed by subsequent filtering out of the bubbles of a desired size using suitable filters. At this time-consuming (the bubble-containing liquid must be pressed very slowly through the filter to minimize mechanical damage to the bubbles of the correct size) and cumbersome method, however, the very low bubble yield comes to the fore. This has its cause on the one hand, due to the higher expenditure of time in the Coalescence from smaller bubbles to larger ones, on the other hand in mechanical destruction many bubbles of the desired size due to wall contact on the filter pores.
- - Ein weiteres Verfahren welches sich unter anderem zum Dispergieren und Emulgieren von fließfähigen Materialien oder entsprechenden Materialmischungen eignet ist aus der Offenlegungsschrift DT 27 09 485 A1 bekannt. Dieses Verfahren nutzt Ultraschall-Longitudinaldruckschwingungen, welche in einem entsprechend gestalteten Behälter in der Form eingesetzt werden, daß aufgrund mehrfacher Reflexion der Ultraschallschwingungen an dafür vorgesehenen Oberflächen ein mehrmaliger Durchlauf der Schallwellen durch das Ausgangsmaterial resultiert. Die somit auftretenden Phänomene begünstigen hierbei einen besseren Dispersionseffekt. In diesem Zusammenhang wird ebenfalls schon auf die positive Auswirkung der angepaßten Variation der eingesetzten Schallfrequenzen verwiesen. Auch hier wurde jedoch noch nicht erkannt, welchen entscheidenden Einfluß neben den genannten Kriterien gerade auch die gezielte Steuerung der eingesetzten Schallenergie und somit der daraus resultierenden Amplitude auf eine genaue Regulation des gesamten Verfahrens ausübt.- Another method which is used, among other things, for dispersing and emulsifying of flowable materials or corresponding material mixtures is suitable from the Published specification DT 27 09 485 A1 known. This process uses ultrasonic longitudinal pressure vibrations, which in a suitably designed container in the Form used that due to multiple reflection of the ultrasonic vibrations a repeated passage of the sound waves through the Starting material results. The phenomena thus occurring favor one better dispersion effect. In this context, the positive is already mentioned Impact of the adjusted variation of the sound frequencies used. Also here, however, it has not yet been recognized what decisive influence besides the above Criteria also the targeted control of the sound energy used and thus the the resulting amplitude exerts a precise regulation of the entire process.
Der Erfindung liegt die Lösung folgender Probleme zugrunde:The invention is based on solving the following problems:
Die Erfindung soll es ermöglichen, die Größenverteilungen von Blasen (insbesondere von solchen im Mikrometerbereich) hinsichtlich ihres maximalen Durchmessers in blasenbeladenen Flüssigkeiten gezielt zu steuern.The invention is intended to enable the size distributions of bubbles (in particular of such in the micrometer range) with regard to their maximum diameter in bubble-laden liquids to steer specifically.
Dieses Problem wird, beruhend auf einem Resonanzphänomen im Rahmen der Anreicherung einer Flüssigkeit mit Blasen in weit gestreuter Größenverteilung und anschließender Sonifikationsbehandlung mit Ultraschall unter gezielter Auswahl von Frequenz f und Schallenergie E durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.This problem is based on a resonance phenomenon in the context of enrichment Liquid with bubbles in a widely distributed size distribution and subsequent sonification treatment with ultrasound with the targeted selection of frequency f and sound energy E by the Features listed in claim 1 solved.
Der Vorteil der Erfindung liegt in der Möglichkeit zur exakten Steuerung des maximalen Durchmessers der Blasen, welche nach Sonifikation noch in der Flüssigkeit enthalten sind, und in der Einfachheit und Wirtschaftlichkeit des angewandten Verfahrens.The advantage of the invention lies in the possibility of precisely controlling the maximum diameter the bubbles, which are still contained in the liquid after sonification, and in the Simplicity and economy of the procedure used.
Weitere Vorteile:Additional advantages:
- - die Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung reichen über die Medizin hinaus, bis weit in die verschiedensten Sparten der Industrie,- The possible uses of the invention extend beyond medicine, far into the various branches of industry,
- - es lassen sich jegliche Ober- und Untergrenzen, sowie begrenzte Ausschnitte und Bereiche in den Verteilungen der Blasendurchmesser äußerst exakt steuern,- There are any upper and lower limits, as well as limited sections and areas in control the distributions of the bubble diameters extremely precisely,
- - einfach in Aufbau und Handhabung,- easy to set up and handle,
- - entgegen den bisher bekannten Verfahren besonders schnelle und zuverlässige Durchführung mit optimaler Standardisierung, was besonders in der medizinischen Diagnostik von lebenswichtiger Bedeutung ist,- contrary to the previously known methods, particularly quick and reliable implementation with optimal standardization, which is particularly important in medical diagnostics Meaning is
- - es ist nur äußerst geringe Manipulation mit dem Probenmedium erforderlich, wobei sich auch strengste Sterilitätskriterien mühelos einhalten lassen,- Very little manipulation with the sample medium is required, which also easily comply with the strictest sterility criteria,
- - die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die Steuerung der Größenverteilung von Gasblasen, sondern ist durchaus auch auf verschiedenste andere, im Sinne der Patentansprüche flüssigkeitshaltige blasenartig-globuläre Objekte, wie z. B. Flüssigkeitströpfchen, Microorganismen oder zelluläre Strukturen anwendbar.the invention is not limited to controlling the size distribution of gas bubbles, but is also quite different, in the sense of the claims liquid-containing bubble-like globular objects, such as B. liquid droplets, microorganisms or cellular structures applicable.
Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung:Additional refinements of the invention:
Die Variation der Ankoppelungsmöglichkeiten der Schallquelle nach den Ansprüchen 2 und 15 ermöglicht einen erweiterten Einsatzbereich der Erfindung in den verschiedensten Bereichen. So bietet sich zum Beispiel bei der Anwendung von hochtemperaturbeständigen Aerogelen (J. Fricke, "Aerogele", Spektrum der Wissenschaft, Juli 1988) der Einsatz in der Bearbeitung von Metallschmelzen an.The variation of the coupling options of the sound source according to claims 2 and 15 enables the invention to be used in a wide variety of areas. So offers itself, for example, when using high-temperature-resistant airgels (J. Fricke, "Aerogele", Spectrum of Science, July 1988) the use in the processing of Metal melting.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 3 soll die Ausnutzung der weitgefächerten Fähigkeiten der Erfindung gewährleisten, welche sich nicht nur auf die Steuerung von Gasblasen in Flüssigkeiten, sondern ebenso auf die Steuerung von Mischungen aus Gasblasen und Flüssigkeitsphasen in einem Umgebungsmedium flüssiger Phase (z. B. Emulsionen) beziehen.The embodiment according to claim 3 is intended to take advantage of the wide-ranging capabilities of Ensure invention, which is not only the control of gas bubbles in liquids, but also on the control of mixtures of gas bubbles and liquid phases in one Obtain ambient medium of liquid phase (e.g. emulsions).
Anspruch 4 erweitert den Einsatzbereich auf jegliche Form von Feststoffschmelzen, so wäre z. B. ein Einsatz in der Entgasung von Metallschmelzen denkbar, bei der es von besonders großer Bedeutung ist, zur optimalen Ausnutzung des Spüleffektes der eingeleiteten Gase den durchschnittlichen Gasblasendurchmesser zum Erhalt einer maximalen Austauschoberfläche der Gasblasen möglichst gering zu halten. Dies wäre mit der vorliegenden Erfindung einfach zu verwirklichen.Claim 4 extends the area of application to any form of solid melts, such. B. an application in the degassing of molten metal is conceivable, in which it is of particular importance is the average for optimal use of the purging effect of the gases introduced Gas bubble diameter to obtain a maximum exchange surface of the gas bubbles if possible to keep low. This would be easy to achieve with the present invention.
Im Anspruch 5 wird der hauptsächlich geplante Einsatzbereich der Erfindung in der Herstellung von diagnostischen Ultraschallkontrastmitteln verwirklicht. Hierbei soll die vorliegende Lösung die bisher nicht gelungene Herstellung eines gleichmäßig kontrastierenden Mittels zur sonografischen Darstellung bisher schallreflexionshomogener Körperregionen (z. B. myokardiales Kapillarbett) über die Anreicherung eines mikrobläschenhaltigen Kontrastmittels in den lokalen Kapillargefäßen ermöglichen. Das resultierende Kontrastmittel erzeugt wesentlich geringere Artefakte als die bisher angewandten Verfahren.In claim 5, the mainly planned field of application of the invention in the manufacture realized by diagnostic ultrasound contrast media. Here, the present solution the previously unsuccessful production of a uniformly contrasting agent for sonographic Representation of regions of the body that have been sound-homogeneous to date (e.g. myocardial capillary bed) on the enrichment of a contrast medium containing microbubbles in the local capillaries enable. The resulting contrast medium produces significantly fewer artifacts than the procedures used so far.
Durch die Ansprüche 6 und 16 ist es möglich, auf einfache und schnelle Art eine ausnehmend hohe Blasendichte bei der Erstellung des Ausgangssubstrates für die Sonifikation zu erzielen wodurch schließlich auch die erwünschte höhere Blasendichte in der resultierenden Flüssigkeit erreicht werden kann.Claims 6 and 16 make it possible to make an exception in a simple and quick manner To achieve high bubble density when creating the starting substrate for sonification finally the desired higher bubble density in the resulting liquid is also achieved can be.
Die Ansprüche 7 und 17 lassen die Möglichkeit offen, die Blasen im Ausgangssubstrat auch durch das Einrühren von umgebenden Gasen (z. B. Raumluft) oder Flüssigkeiten mit entsprechenden Einrichtungen (z. B. Ultraschallhomogenisator, Quirl) vorzunehmen.Claims 7 and 17 leave open the possibility of also passing the bubbles in the starting substrate the stirring in of surrounding gases (e.g. room air) or liquids with appropriate Facilities (e.g. ultrasonic homogenizer, whisk).
Die Ausgestaltung nach Anspruch 8 zielt darauf ab, bei der Herstellung von medizinischen Ultraschallkontrastmitteln ein für die intravenöse Injektion medizinisch unbedenkliches Gas zur Blasenherstellung einzusetzen, welches, wie z. B. bei Helium längst aus der Überdruckbeatmung von Tiefseetauchern bekannt, ein möglichst geringes Löslichkeitsprodukt im menschlichen Blut besitzt. Blut, welches an Helium gesättigt ist, gewährleistet eine längere Halbwertszeit der Blasen. Außerdem wird somit die Gefahr der Bildung toxischer Nebenprodukte durch sonifikationschemische Effekte stark vermindert.The embodiment according to claim 8 aims at the manufacture of medical Ultrasound contrast media is a medically safe gas for intravenous injection Use bubble production, which, such. B. with helium long ago from positive pressure ventilation known from deep sea divers, has the lowest possible solubility product in human blood. Blood saturated with helium ensures a longer half-life of the bubbles. It also increases the risk of toxic by-products from sonification chemicals Effects greatly reduced.
Nach den Ansprüchen 9 und 18 läßt sich (siehe Fig. 3) je nach Bedarf einfach und effizient zwischen der selektiven Zerstörung von Blasen nur eines bestimmten kritischen Durchmessers dc oder der Beseitigung insgesamt aller Blasen ab einem kritischen Durchmesser dc umschalten. According to claims 9 and 18 (see Fig. 3) can be switched easily and efficiently as required between the selective destruction of bubbles only a certain critical diameter d c or the elimination of all bubbles from a critical diameter d c .
Mit der Ausgestaltung gemäß den Ansprüchen 10 und 19 lassen sich bei Wahl der geeigneten Schallintensität beim Einsatz mehrerer Frequenzen nunmehr nicht nur die obere Schranke oder ein bestimmter Durchmesser bei der Blasengrößenverteilung steuern, sondern es ist vielmehr möglich, in der beschallten Flüssigkeit jegliches gewünschte Muster in den Größenverteilungen der Blasen zu erzeugen.With the design according to claims 10 and 19 can be selected when choosing the appropriate Sound intensity when using multiple frequencies is now not just the upper bound or a control certain diameter in the bubble size distribution but rather it is possible any desired pattern in the size distribution of the bubbles in the sonicated liquid to create.
Mit einer Erweiterung nach den Ansprüchen 11 und 20 ließe sich mit mehreren Schallquellen z. B. durch die Erzeugung zweier, miteinander interferierender Ultraschallwellen ein Interferenzmuster erzeugen, in welchem entsprechend der gewählten Frequenzen und Intensitäten die Größenverteilungen der Blasen entsprechend dem jeweiligen Interferenzmuster von Ort zu Ort variieren.With an extension according to claims 11 and 20, z. B. an interference pattern through the generation of two ultrasonic waves interfering with each other generate in which the size distributions according to the selected frequencies and intensities the bubbles vary from place to place according to the interference pattern.
Wird die derart beschallte Flüssigkeit nun auch noch entsprechend den Ansprüchen 12 und 21 plötzlich in diesem Zustand eingefroren, so läßt sich ein Feststoff mit im Mikrometerbereich definierbarer Blasengrößenverteilung herstellen.If the so-sonicated liquid is now also in accordance with claims 12 and 21 suddenly frozen in this state, a solid can be found in the micrometer range create definable bubble size distribution.
Der Anspruch 13 ermöglicht einen weiteren, höchst interessanten Einsatzbereich der Erfindung: Da sich die Wirkungsweise des Verfahrens vornehmlich auf die erzielte Resonanzschwingung eines Objektes mit bestimmten kritischen Durchmesser dc bezieht, ist es durchaus möglich, als Zielobjekte blasenartig-globuläre Strukturen zu beschallen, wie pathogene Keime oder Zellen bestimmter Größe, welche ebenfalls als flüssigkeitshaltige Blasen im Sinne des Patentanspruches 1 zu sehen sind.Claim 13 enables a further, extremely interesting field of application of the invention: since the mode of operation of the method relates primarily to the resonance vibration of an object with a certain critical diameter d c , it is entirely possible to irradiate bubble-like globular structures as target objects, such as pathogenic ones Germs or cells of a certain size, which are also to be seen as liquid-containing bubbles within the meaning of claim 1.
In der Nahrungsmittelherstellung wird der Ultraschall bei der Entkeimung von Milchprodukten durch Zerstörung von Bakterien schon seit geraumer Zeit sehr erfolgreich eingesetzt. Da die Ultraschallsensibilitäten verschiedenster Zellformen (z. B. Blutzellen, Protozoen, Salmonellen, Pseudomonaden, Escherichia Coli usw.) schon seit längerem bekannt sind, wäre es mit dem vorliegenden Verfahren nun auch möglich, in vivo gezielt gefährliche Mikroorganismen oder pathogene Zellen bestimmter Größe in Körpergewebe oder Körperflüssigkeiten abzutöten, ohne umgebende Zellstrukturen zu schädigen. Dies könnte durchaus seine Anwendung finden in einer nichtinvasiven extrakorporalen Ultraschallbehandlung von parasitären Infektionen. So könnte durch die Erfindung z. B. bei Leberabszessen durch die Magnaform der Entamoeba histolytica. welche mit einem Durchmesser von 20-30 Mikrometer einen erheblich größeren Durchmesser als die Zellen des umgebenden Körpergewebes aufweist, dieser aggressive Erreger ohne Schaden für das übrige Körpergewebe selektiv eliminiert werden. Aber auch in-vivo-Anwendungsbereiche in der Onkologie bei der nichtinvasiven Reduktion inoperabler Tumormetastasen (wenn sich, wie so häufig Tumorzellgröße und -dichte deutlich von der Zellstruktur des umgebenden gesunden Gewebes unterscheiden) oder bei der Elimination pathogener Tumorzellen definierter Größe aus dem Blutkreislauf bei bestimmten Formen der Leukämie sind demnach durchaus gegeben. Des weiteren würden sich auch in vitro vielseitige Einsatzmöglichkeiten in den Bereichen der mikrobiologischen Forschung und Industrie anbieten, z. B. bei der gezielten Abscheidung bestimmter Mikroorganismen aus Zellkulturen oder beim dosierten Aufbrechen von Zellstrukturen mit dem Ziel, z. B. Enzyme oder Chromophore aus bestimmten Zellen zu isolieren. In food production, ultrasound is used to sterilize dairy products successfully used for quite some time by destroying bacteria. Because the ultrasound sensitivities various cell forms (e.g. blood cells, protozoa, salmonella, pseudomonas, Escherichia Coli etc.) have been known for a long time, it would be with the present one Processes now also possible, targeted in vivo dangerous microorganisms or pathogenic cells certain size in body tissue or body fluids without surrounding cell structures to harm. This could well be used in a non-invasive extracorporeal ultrasound treatment of parasitic infections. So could be through the invention e.g. B. in liver abscesses by the magna form of Entamoeba histolytica. which with a Diameters of 20-30 microns have a significantly larger diameter than the surrounding cells Body tissue, this aggressive pathogen has no damage to the rest of the body tissue be selectively eliminated. But also in vivo areas of application in oncology non-invasive reduction of inoperable tumor metastases (if, as is often the case, tumor cell size and density clearly differ from the cell structure of the surrounding healthy tissue) or in the elimination of pathogenic tumor cells of a defined size from the bloodstream in certain Forms of leukemia are therefore quite possible. Furthermore, in vitro Versatile applications in the areas of microbiological research and industry offer, e.g. B. in the targeted separation of certain microorganisms from cell cultures or in the metered breaking open of cell structures with the aim, for. B. enzymes or chromophores isolate certain cells.
Im Anschluß wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen verdeutlicht.The invention is illustrated below using exemplary embodiments and drawings.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 eine Darstellung der statistischen Größenverteilungen von Blasen in einer blasenbeladenen Flüssigkeit vor (Kurve 1) und nach der erfindungsgemäßen Sonifikationsbehandlung (Kurve 2). Fig. 1 is a representation of the statistical size distributions of bubbles in a bubble laden liquid before (curve 1) and according to the invention Sonifikationsbehandlung (curve 2).
Fig. 2 das Wachstum kleinerer Blasen unter Aufnahme von Energie aus dem Ultraschallfeld bis zum kritischen Durchmesser dc. Fig. 2 shows the growth of smaller bubbles with the absorption of energy from the ultrasonic field up to the critical diameter d c .
Fig. 3 die Auswirkungen der zugeführten Energie auf die Amplitude der Resonanzschwingung von Blasen mit dem kritischen Durchmesser dc. Fig. 3 shows the impact of the energy supplied to the amplitude of the resonant vibration of bubbles with the critical diameter d c.
Fig. 4 erweiterte Steuerungsmöglichkeiten des Größenverteilungsmusters der Blasen bei Anwendung verschiedener Frequenzen und Intensitäten des Ultraschalls. Fig. 4 expanded control options of the size distribution pattern of the bubbles when using different frequencies and intensities of ultrasound.
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel. Fig. 5 shows an embodiment.
Es folgt die Erläuterung der Erfindung anhand der Zeichnungen nach Aufbau und Wirkungsweise:The following is an explanation of the invention with reference to the drawings according to structure and mode of operation:
Fig. 1 verdeutlicht das Prinzip der Erfindung anhand der für die einzelnen Stadien der Durchführung typischen statistischen Größenverteilungen der Blasen in einer Flüssigkeit. Es werden in der Flüssigkeit zunächst einmal als Ausgangssubstrat Blasen in statistisch breit gestreuter Größenverteilung erzeugt. Dies geschieht zum Beispiel durch Einleitung von Gasen (z. B. Preßluft) unter Druck mit einer fein dispergierenden Düse. Kurve 1 beschreibt das hieraus entstehende Größenverteilungsmuster. Fig. 1 shows the principle of the invention become apparent from the characteristic of the individual stages of carrying out statistical size distributions of bubbles in a liquid. Bubbles with a statistically broad distribution of sizes are initially generated in the liquid as the starting substrate. This is done, for example, by introducing gases (e.g. compressed air) under pressure using a finely dispersing nozzle. Curve 1 describes the resulting size distribution pattern.
Um nun die Größenverteilung der Blasen auf eine obere Schranke zu limitieren, wird im folgenden ein Ultraschallfeld angelegt, dessen Frequenz f genau so gewählt ist, daß Blasen ab einem kritischen Durchmesser dc mit den sich in der Flüssigkeit ausbreitenden Schallwellen in Resonanzschwingung geraten.In order to limit the size distribution of the bubbles to an upper barrier, an ultrasound field is applied below, the frequency f of which is selected precisely such that bubbles from a critical diameter d c resonate with the sound waves propagating in the liquid.
Dieser kritische Durchmesser dc hängt von der Frequenz f des Schalls in erster Näherung indirekt proportional ab (R.E.Apfel, "Acoustic Cavitation Prediction", J. Acoust. Soc. Am., 1981, Vol. 69, Seiten 1624-1633):This critical diameter d c is indirectly proportional to the first approximation of the frequency f of the sound (REApfel, "Acoustic Cavitation Prediction", J. Acoust. Soc. Am., 1981, Vol. 69, pages 1624-1633):
Bei ausreichend hoher Intensität des Schalles zerplatzen nun alle Blasen, deren Durchmesser größer oder gleich dem kritischen Durchmesser dc ist. Das Ergebnis schlägt sich nun in einem Größenverteilungsmuster nieder, wie es durch die Kurve 2 wiedergegeben wird.If the intensity of the sound is sufficiently high, all the bubbles burst whose diameter is greater than or equal to the critical diameter d c . The result is now reflected in a size distribution pattern, as represented by curve 2.
Das Anlegen eines solchermaßen gezielt gewählten Ultraschallfeldes bewirkt demnach eine Blasengrößenverteilung deren maximale Häufigkeit bei einem Durchmesser liegt, der knapp unterhalb des kritischen Durchmessers dc liegt, wie die Beobachtung zeigt.The application of an ultrasound field selected in such a way accordingly results in a bubble size distribution whose maximum frequency is at a diameter which is just below the critical diameter d c , as the observation shows.
Die resultierenden Produkte des beschriebenen Vorganges sind kleinere Blasen, die nun ihrerseits Energie aus dem Schallfeld aufnehmen und wachsen (A. A. Atchley in "Ultrasound its chemical, biological and physical effects", Editor K. S. Suslick, VCH-Verlagsgesellschaft, Weinheim 1988, Seite 52), bis sie wiederum den kritischen Durchmesser dc erreichen, um dann schließlich wieder zu platzen. The resulting products of the described process are smaller bubbles, which in turn absorb and grow energy from the sound field (AA Atchley in "Ultrasound its chemical, biological and physical effects", editor KS Suslick, VCH-Verlaggesellschaft, Weinheim 1988, page 52), until they again reach the critical diameter d c and then finally burst again.
Aus Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf dieses Vorganges in Millisekunden (X-Achse) im Zusammenhang mit der Zunahme des Blasendurchmessers d (Y-Achse) ersichtlich. FIG. 2 shows the course of this process over time in milliseconds (X axis) in connection with the increase in the bubble diameter d (Y axis).
Wie sich in Fig. 3 zeigt, ist aber für die Auswahl des geeigneten Ultraschallfeldes nicht nur die Wahl der richtigen Schallfrequenz f, sondern auch in ganz besonders hohem Maße der jeweilige Betrag der zugeleiteten Energie in der Form des richtigen Schalldruckes von Bedeutung.As can be seen in FIG. 3, not only the choice of the correct sound frequency f is important for the selection of the suitable ultrasonic field, but also the amount of the supplied energy in the form of the correct sound pressure is particularly important.
Die vorliegende Graphik beschreibt das Ausmaß der Auslenkung (Y-Achse) der jeweiligen Blase in Abhängigkeit vom jeweiligen Blasendurchmesser in Mikrometer (X-Achse) bei einer gegebenen konstanten Frequenz f und zwei unterschiedlichen Schallenergien E₁ und E₂. Bei einer gegebenen Frequenz f unter einer zugeführten Energie E₁ geraten nur Blasen, deren Durchmesser nahe bei dem kritischen Durchmesser dc liegt in so starke Schwingungen, daß die kritische Amplitude überschritten wird. Wird in der Auslenkung der Blasenwand diese kritische Amplitude Ac überschritten, so kann die Blase der mechanischen Belastung nicht mehr standhalten und zerplatzt, was am Beispiel der Kurve von E₁ für die Blasen des kritischen Durchmessers dc der Fall ist, womit sich gezielt Blasen des kritischen Durchmessers dc aus der Flüssigkeit beseitigen lassen. Erhöht man nun die zugeführte Energie zum Beispiel auf den Betrag von E₂, so überschreiten auch Blasen mit einem größeren Durchmesser als dc die kritische Amplitude Ac und werden somit zerstört.The present graphic describes the extent of the deflection (Y axis) of the respective bubble as a function of the respective bubble diameter in micrometers (X axis) at a given constant frequency f and two different sound energies E 1 and E 2. At a given frequency f under an applied energy E 1 only bubbles get whose diameter is close to the critical diameter d c in such strong vibrations that the critical amplitude is exceeded. If this critical amplitude A c is exceeded in the deflection of the bubble wall, the bubble can no longer withstand the mechanical stress and burst, which is the case with the example of the curve of E 1 for the bubbles of the critical diameter d c , which means that bubbles are targeted have the critical diameter d c removed from the liquid. If you increase the supplied energy, for example to the amount of E₂, then bubbles with a larger diameter than d c exceed the critical amplitude A c and are therefore destroyed.
Auf diese Weise ist es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, in blasenbeladenen Flüssigkeiten nicht nur eine obere Schranke für die enthaltene Blasengröße festzulegen, sondern es ist sogar möglich, je nach Bedarf einfach nur unliebsame Blasengrößen auszusortieren.In this way it is possible according to the inventive method in bubble-laden liquids not just to set an upper bound on the bubble size it contains, but it is possible to simply sort out unpleasant bubble sizes as required.
Nach dem soeben beschriebenen Prinzip lassen sich sogar, wie in Fig. 4 dargestellt, nach Wahl der geeigneten Energiebeträge E₁ und E₂ durch Einsatz verschiedener Frequenzen f₁ und f₂, sowohl nach oben, als auch nach unten zu schärfstens begrenzte Größenbereiche der Blasen, welche in der Flüssigkeit verbleiben sollen, definieren, womit eine absolute Steuerung der Größenverteilungen in jede Richtung sichergestellt wäre.According to the principle just described can even, as shown in Fig. 4, after choosing the appropriate energy amounts E₁ and E₂ by using different frequencies f₁ and f₂, both upwards and downwards to sharply limited size ranges of the bubbles, which in the Liquid should remain, define, which would ensure absolute control of the size distributions in each direction.
Fig. 5 beschreibt ein einfaches aber bewährtes Ausführungsbeispiel für die Durchführung des im Patentanspruch 1 beschriebenen Verfahrens in zwei Schritten: Fig. 5 is a simple but proven embodiment for the implementation describes the method described in claim 1 in two steps:
- (A) Zunächst werden durch das Einblasen von Helium aus einer Druckflasche (1) mittels einer feindispergierenden Düse (2) in ein Gefäß (3) mit geeigneter Flüssigkeit (hier ein handelsübliches Röntgenkontrastmittel) Blasen in hoher Dichte mit einer statistischen Streuung der Größenverteilung zwischen 2 und 100 Mikrometern im Durchmesser erzeugt. Hierbei läßt sich über das Auslaßventil (4) der Druck des einfließenden Gases so regeln, daß eine Steuerung, sowohl der Blasendichte, als auch schon im Vorfeld eine grobe Steuerung des durchschnittlichen Blasendurchmessers möglich ist.(A) First, by blowing helium from a pressure bottle ( 1 ) using a finely dispersing nozzle ( 2 ) into a vessel ( 3 ) with a suitable liquid (here a commercially available X-ray contrast medium), bubbles are formed in high density with a statistical spread of the size distribution between 2 and 100 microns in diameter. Here, the pressure of the inflowing gas can be controlled via the outlet valve ( 4 ) in such a way that control of both the bubble density and a rough control of the average bubble diameter is possible in advance.
- (B) Anschließend wird die Sonifikationsbehandlung durchgeführt, wobei sich über den Frequenzgenerator (5) die Parameter Frequenz und Energie im oben beschriebenen Maße wie gewünscht regulieren lassen. Der Ultraschallwandler (6) ist seinerseits in die Seitenwand eines Behältnisses (7) eingebaut, welches zur optimalen Ankoppelung der Schallquelle an das zu beschallende Medium mit Wasser gefüllt ist. Diese Ankoppelung kann bei anderen Anwendungen aber auch mit Gelen oder Feststoffen, z. B. bei hohen Temperaturen mit Aerogel vorgenommen werden. Das Gefäß (3) mit der bläschenhaltigen Flüssigkeit muß nun nur noch (wie im Bild dargestellt) in das Feld der Schallwellen gebracht werden.(B) The sonification treatment is then carried out, with the frequency generator ( 5 ) being able to regulate the frequency and energy parameters to the extent described above as desired. The ultrasonic transducer ( 6 ) is in turn built into the side wall of a container ( 7 ) which is filled with water for optimal coupling of the sound source to the medium to be sonicated. This coupling can also be used with gels or solids, e.g. B. at high temperatures with airgel. The container ( 3 ) with the bubble-containing liquid now only needs to be brought into the field of sound waves (as shown in the picture).
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Families Citing this family (12)
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GB9408816D0 (en) * | 1994-05-04 | 1994-06-22 | Boc Group Plc | Gas dissolution in liquids |
US5736100A (en) * | 1994-09-20 | 1998-04-07 | Hitachi, Ltd. | Chemical analyzer non-invasive stirrer |
US6974598B2 (en) | 1999-05-14 | 2005-12-13 | Coors Worldwide Inc. | Method of cooling a beverage |
US7785641B2 (en) | 1998-05-15 | 2010-08-31 | Coors Brewing Company | Method of cooling a beverage |
US7478583B2 (en) | 1999-05-14 | 2009-01-20 | Coors Emea Properties, Inc. | Beverage |
US7241464B2 (en) | 2001-01-12 | 2007-07-10 | Coors Emea Properties, Inc. | Draught alcoholic beverage |
US20060060991A1 (en) | 2004-09-21 | 2006-03-23 | Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) | Method and apparatus for controlled transient cavitation |
EP1645342B1 (en) * | 2004-09-21 | 2012-04-11 | Imec | Method and apparatus for controlled transient cavitation |
EP1637238A1 (en) * | 2004-09-21 | 2006-03-22 | Interuniversitair Microelektronica Centrum Vzw | Method for controlled cavitation |
HU227545B1 (en) | 2008-12-04 | 2011-08-29 | Bay Zoltan Alkalmazott Kutatasi Koezalapitvany | Method for producing metal foam |
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Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4071225A (en) * | 1976-03-04 | 1978-01-31 | Holl Research Corporation | Apparatus and processes for the treatment of materials by ultrasonic longitudinal pressure oscillations |
DE2914347A1 (en) * | 1978-04-26 | 1979-11-08 | Alusuisse | METHOD AND DEVICE FOR FILTERING AND DEGASSING MOLTEN METAL |
US4177066A (en) * | 1978-06-12 | 1979-12-04 | Swiss Aluminium Ltd. | Method and apparatus for the removal of impurities from molten metal |
DE3129234A1 (en) * | 1981-07-24 | 1983-02-10 | Mannesmann AG, 4000 Düsseldorf | Process for flushing metal melts, in particular steel melts, with inert gases |
IT8221845V0 (en) * | 1982-05-13 | 1982-05-13 | Italiana Carbochimica | AGITATOR-MIXER WITH INSUFFLATION FROM THE AGITATOR ITSELF, IN PARTICULAR FOR STORT. |
DE4113578A1 (en) * | 1991-04-25 | 1992-10-29 | Poeschl Guenter | DEVICE FOR LOADING VISCOSE LIQUIDS WITH GASES |
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- 1993-02-24 DE DE4305660A patent/DE4305660C2/en not_active Expired - Fee Related
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8122 | Nonbinding interest in granting licences declared | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |