Page 120 - 《应用声学》2021年第1期
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其中，D w 为水负载时导纳圆的直径，D a 为空气负
载时导纳圆的直径，G 0 为水负载时谐振频率下的电
导 [20] 。
为了评价细胞破碎率，用胶头滴管、量筒量取
40 mm
1 mL处理前的微藻溶液，通过高倍电子显微镜与血
图 2 28 kHz 超声振动子实物图 球计数板统计微藻溶液中微藻细胞的个数。再按照
Fig. 2 Physical map of 28 kHz ultrasonic vibrator 实验方法用滴管吸取超声破碎后的溶液，在显微镜
下观察统计未被破碎的细胞个数。为提高实验的准
3 实验
确度，多次统计求取平均值，计算出细胞的破碎率，
3.1 实验平台 计算公式为
n n
在超声破碎实验中，利用坐标支架来固定超声 1 ∑ 1 ∑
N i − N j
振动子，通过电机与丝杠可以实现超声振动子的垂 n i=1 n j=1
ψ = n × 100%, (17)
直与水平方向的移动。利用超声电源和 PC 机调节 1 ∑
N i
超声破碎时的电功率和频率。图 3 为搭建好的超声 n
i=1
破碎实验平台。 式 (17) 中，ψ 表示细胞破碎率，N i 表示超声处理前
y ᣉረүࣱԼ 计算细胞数目，N j 表示超声处理后计算细胞数目的
گಖஃ 平均值，在本实验中n = 5，表示统计次数为5。
ႃູ ᡔܦүߕ
ႍ҄᭧ z ᣉረүࣱԼ
3.2.1 处 理 时 间 与 超 声 电 功 率 对 细 胞 破 碎 率
PC
དྷ 的影响
ᡔܦႃູ
گಖᣉ
ረүࣱԼ 设置 4 个实验组， 超声电功率分别设置为
75 W、150 W、225 W、300 W。用电子天平称取
图 3 超声破碎系统实验平台
25 g 刚毛藻放入烧杯中，加入 160 mL 蒸馏水，微藻
Fig. 3 Experimental platform of ultrasonic crush-
ing system 溶液的总深度为 55 mm，工具头浸入溶液的深度是
25 mm，采用纵振频率为 28 kHz的振动子进行破碎
实验仪器主要包括 WG-1000W 型超声电源、
实验，每隔5 min采集一次数据。
PC 机、 超 声 振 动 子 (谐 振 频 率 分 别 为 20 kHz、
25 kHz、28 kHz)、PV80A 阻抗分析仪、坐标轴移 3.2.2 振动子频率对细胞破碎率的影响
动平台、BMC500 系列生物显微镜、FA2004 型电子 设置 3 个实验组，纵振频率分别为 20 kHz、
天平、TD5A 型离心机、烧杯 (规格 500 mL、杯身直 25 kHz、28 kHz 的超声振动子，用电子天平称取
径90 mm)。 25 g 刚毛藻放入烧杯中，加入 160 mL 蒸馏水，微藻
实验材料与试剂主要有干燥的刚毛藻颗粒与
溶液的总深度为 55 mm，振动子浸入烧杯的深度为
扁藻颗粒、正己烷试剂、无水乙醚/石油醚 (1 : 2) 混 30 mm，超声电功率设置为 225 W，每隔 10 min 采
合溶剂、氯仿试剂、蒸馏水。
集一次数据。
3.2 实验方法
3.2.3 工 具 头 浸 入 溶 液 的 深 度 对 细 胞 破 碎 率
利用超声破碎实验平台，研究超声振动的频率、 的影响
电功率、超声处理时间以及振动子工具头浸入溶液
设置 8 个实验组，利用 PC 机控制坐标平台的 z
的深度等工艺参数对微藻细胞破碎率的影响。采用
轴上下移动从而改变工具头浸入溶液深度，浸入深
阻抗分析仪分别测量振子在空气负载和水负载下
度值分别为5 mm、10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、
的导纳圆直径，根据电声效率计算公式 (16) 计算，
30 mm、35 mm、40 mm。用电子天平称取25 g刚毛
得到28 kHz超声振动子的电声效率为73.4%。
藻放入烧杯中，加入 160 mL 蒸馏水，超声振动子的
D w (D a − D w )
η = , (16) 工作频率为 28 kHz，超声电功率设置为 225 W，微
G 0 D a
