超聲波中生物工程的應用分析

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【摘要】超聲波是一種聲波，他的頻率高于兩萬赫茲，超聲波在我們的科學研究中已經有了很廣泛的應用，他的很多優點正在被人類逐漸發現并加以利用，在醫學方面和生物工程方面，超聲波都已經得到了充分的應用。比如在研究生物酶的時候，以及細胞催化的生物反應當中，科學家發現強度較低的超聲波可以提高酶的活性，并且可以加速細胞的代謝。所以本文將主要討論超聲波在生物工程當中的作用。

【關鍵詞】超聲波;生物工程

超聲波作為一種人類無法感知的特殊聲波，在各個方面都有著其特殊的作用。在生物工程方面，超聲波也受到了很大的重視，引起的科學家廣泛的興趣。在高強度的超聲波的作用下，可導致細胞破碎，酶失活，在低強度都的超聲波作用下，不僅不會對細胞造成危害，還可以促進酶的生物活性。所以發現超聲波在生物工程當中的特殊功效也成了人們關注的焦點。

1超聲波的本質

超聲波是聲波當中的一種，是一種機械波，兩萬赫茲以上的聲波都是超聲波，通常在醫學上使用了超聲波在一兆赫茲到三十兆赫茲之間，超聲波需要通過介質才可以傳遞下去，由于頻率很高，不能被人耳所聽到，正由于它的特殊性，已經廣泛應用于醫學，化學等重要領域。超聲波有很好的方向性，而且穿透能力極強，能量很大，在水中傳播的距離很遠。超聲波所具有的能量很大，并且還有加熱功能、機械傳質作用和空間作用:加熱作用就是超聲波在介質中傳播時，介質不斷的吸收能量，而使溫度升高，這一作用在生物工程方面并不是其主要的作用;空化作用就是液體中的氣泡在超聲波的作用下產生的一系列反應，并且如果達到一定的條件，可以從穩態的空化，直接轉化為瞬態空化，這一作用，可以直接破壞細胞的結構，以及導致酶直接失活，然而在生物工程的實驗和應用當中，這一現象并不是人類所希望的，但是穩態空化作用在生物技術當中有著很重要的意義;機械傳質作用是使得介質當中的物質加速質量傳遞，在生物方面，可以增加生物膜和細胞壁的質量傳遞，這樣，可以提高生物酶的生物活性，并且加速了產物進入介質當中并進行傳質作用，也就是說超聲波可以促進生物反應當中的反應速度。

2超聲波在生物工程當中的應用

2．1超聲波可提高種子的萌發率

經過科學研究發現，在接受超聲波處理后，種子的萌發率得到了有效的提高。當然是需要在適宜的條件下進行，如果超出了種子能夠承受的超聲波的最大值，種子的死亡率也會大幅度提高。所以要選擇強度適當的超聲波，還要控制在適當的時間內，對種子進行超聲波處理，這樣才能提高種子的萌發率，得到人類想要的結果。

2．2超聲波可影響植物生長

在近些年當中，經過我們不斷的實驗和分析，我們已經發現了超聲波在植物的生長方面有著很大的影響。超聲波可以對植物的器官，甚至是整體的生長都有一定的影響，對于器官來說，主要是植物的根部，使用較為溫和的超聲波對植物進行處理，可以促進其生根。對于植物的細胞來說，需要短時間的、劑量較低的超聲波進行處理，基本上可以發現細胞的分裂、生長都有明顯的加速。但是一定要把握好超聲波的處理用量以及處理的時間，如果處理時間過長或者是使用的劑量過大的話，就會對植物產生不可挽回的影響。同時，如果用超聲波對保鮮液進行處理，可以發現，一些植物的鮮重會明顯的增加，插瓶的壽命也會得到很大的延長，所以使用適當強度的超聲波對植物進行處理，可以有效地促進植物的生長。

2．3超聲波在植物基因方面的影響

近年來科學家已經在基因工程當中得到了很大的成就，通過誘導細胞基因，來得到想要的理想細胞，從而得到需要的產物，在二十世紀九十年代當中，我國科學家就已經提出了利用超聲波對植物細胞的基因進行誘導，并制出了相應的儀器，取得了很大的成就。實驗發現通過超聲波處理，花粉內可以進行物質交換，使得外源基因得到短暫的選擇性表達，這也就證明了通過超聲波可以使得外源基因進入植物的細胞當中。這一個技術相比基因槍技術，有著很好的持續性，可以提高基因轉化的效率、穩定性和定向性。

2．4超聲波對于植物呼吸作用的影響

植物的呼吸作用可能會影響到農作物產量的高低，所以在農業方面植物的呼吸作用有著很重要的意義，在20世紀70年代中，科學家就已經發現使用低頻率的超聲波對蔬菜進行處理，植物的呼吸強度會受到不同影響。植物為分為兩種，對于一年生的植物來說，它的呼吸強度會相應的下降，但是對于兩年生的植物來說，它的呼吸強度會因此而上升。所以我們可以利用超聲波來對農作物進行處理，從而提高其產量。

2．5運用超聲波對植物的病毒進行檢測

植物病毒對于植物來說，是一種很大的災難，如果病毒的毒性很強的話，那么植物可能會因此而死亡，所以防御病毒對植物的侵害是很重要的，這就需要我們去發現植物當中的病毒存在。用超聲波可以及時的檢測到植物什么時候受到病毒的侵害，從而及時的進行植物病毒的防治工作。

2．6超聲波在發酵工程中的應用

用合適強度的超聲波處理發酵液，細胞膜的通透性和選擇性都會相應的增加，使酶的分泌增加，加速細胞的代謝，使得產物能有釋放出來，這樣可以大大提高生產產量，縮短時間，提高效率。

3存在問題

雖然超聲波有著很好的優越性，但是仍然存在很多有待解決的問題，首先由于發展時間還并不是很長，所以理論的研究還需要繼續的進行完善，眾多的影響因素還需要人們去不斷的實驗。然后就是在超聲波對植物的有利實驗操作中，還只能在小量的情況下進行。還不能夠大批量的規模使用，還沒有一個規范的定量的尺度，所以還在試驗階段，并沒有投入大量工業化使用，這也還需要我們繼續去探索，才能使得這一項技術走向成熟。

4結語

綜合以上幾點，可以發現超聲波在生物工程上面有很多很有用的作用，超聲波的利用，解決了很多之前無法解決的問題，運用超聲波可以從種子到植株、從基因改變到病毒防治各個方面都有所技術的應用。所以只要大力的發展這一技術，運用新興的超聲波技術在生物工程當中大放光彩，是指日可待的。

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作者:程瑯 單位:成都理工大學環境與土木工程學院