超声波消毒灭菌技术在家居环境中的应用

2.1 超声波单独消毒灭菌

一般认为，单独使用超声波时，消毒灭菌效力主要由超声波产生的空化作用产生。空化作用是指，在超声波处理过程中，当高强度的超声波在液体介质中传播时，产生纵波，从而产生交替压缩和膨胀的区域，这些压力改变的区域易引起空穴现象（指在液流中当某点压力低于液体所在温度下的空气分离压时，原来溶于液体中的气体会分离出来产生气泡的现象），并在介质中形成微小气泡核。微小气泡核在绝热收缩及崩溃的瞬间，其内部呈现5000℃以上的高温及 50000kPa 的压力，从而使液体中某些细菌致死，病毒失活，甚至使体积较小的一些微生物的细胞壁破坏，但是作用的范围有限。

超声波单独作用时，容易作用不彻底，且影响因素较多。若增加超声波强度，会提高其灭菌率，但会造成设备的严重损耗。

2.2 超声波辅助其他消杀技术

（1）超声波协同臭氧技术

臭氧是一种氧化性很强的强氧化剂，臭氧在超声的协同作用下，有更好的杀菌效果。在相同处理时间下，采用超声波协同臭氧的杀菌率高于单独臭氧处理的杀菌率，当臭氧使用量相同时，可缩短超声处理时间，从而节省超声能量。超声能使臭氧气泡粉碎成微气泡，极大地提高溶解速度，增加了臭氧的浓度，高浓度的臭氧能迅速氧化杀灭细菌。

（2）超声波协同纳米二氧化钛（光触媒）

纳米二氧化钛在紫外光催化下具有洁净和杀菌作用，同样的，在超声波的辐射下，纳米二氧化钛也具有灭菌的作用。有研究认为，纳米二氧化钛催化剂与超声波具有明显的协同杀菌作用，pH 值升高对超声波杀菌效果有轻微影响，其杀菌效果比纳米二氧化钛催化紫外光杀菌效果好。

（3）超声波协同激光灭菌

激光杀菌最大的弱点就是它的方向性极强，光束细，辐射面积小，从而使得某些细菌能避开袭击。原来方向性极强的激光穿过超声场时，受到声波的干扰，强化了激光的反射、折射和散射，尤其是超声空化更加剧了上述作用，并引起了激光的强烈发散，大大扩大了激光的作用范围。

（4）超声波协同紫外线灭菌

紫外线具有较高的杀菌效率，且不会对周围的环境产生二次污染，但其穿透能力较弱，超声波与紫外线协同则可以实现高效杀菌，超声波振动清洗、振动剪切和空化作用，可实现石英防水套管动态清洗、分割破碎悬浮颗粒、产生大量空化气泡，进而提高紫外线的透光率和杀菌率。

（5）热超声波、压力超声波以及压热超声波

超声波如果和热处理、压力或压热联合使用, 从而出现了热超声波（热+超声波）、压力超声波（压力+超声波）以及压热超声波（热和压力+超声波）等技术, 这些技术能提高杀菌率。当超声波和热处理、压力协同作用时，可以加快灭菌速度，缩短处理时间。

2.3 超声波清洗技术

超声波清洗技术通过超声波发生器产生高频率的振荡信号，能量转换后形成机械振荡在清洗介质中疏密相间的沿一定方向传播，传播过程中由于振荡作用使液体清洗介质产生数以万计的微小气泡，当声压达到极限值时，气泡迅速增大，破裂，清洗介质闭合，在气泡破裂的瞬间产生的强大冲击波能够破坏污垢层，于此同时气泡破裂产生的微小射流喷嘴能够进一步剥离膜面污染物，即空化作用和机械作用。

相比于其他清洗技术，超声波清洗技术具有清洗彻底、用时短、能够清洗传统清洗方法难以清洗到的微小污染角落的特点。因此在医疗行业中，常使用超声波清洗技术配合清洁剂、消毒剂等液体介质进行医疗设备消毒。超声清洗技术能够保证医疗设备清洗消毒过程中各个缝隙、空洞都做到彻底清洗消毒作业，且材质不受损害。

综上所述，利用超声波消毒灭菌还是一种新兴技术，虽然其单独作用灭菌效果有限，但辅助其他技术协同灭菌时可以起到较好的效果，因此，对超声波技术进行进一步的研究有一定的实用意义。

可以看到，目前在家用领域，已经有基于超声波的清洗机、洗衣机等家用产品问世，但是，基本上都是基于其清洗功能，对于消毒灭菌的应用还很罕见。超声消毒灭菌技术在食品工业、医疗等领域已经开展了很多研究并且也有较为广泛的应用，但是还没有应用到家用产品上来。想要将超声波消毒灭菌技术成熟、量产化的应用到家用产品中，还需要进行大量的研究。