超聲波細胞破碎儀是基于超聲波在液體中的空化作用，換能器將電能量通過變幅桿在工具頭頂部液體中產生高強度的剪切力，形成高頻的交變水壓強，使空腔膨脹、爆炸將細胞擊碎。此外，由于超聲波在液體中傳播時產生劇烈地擾動作用，使顆粒產生很大的加速度，互相碰撞或與器壁碰撞而擊碎。該裝置可以使兩種（或兩鐘以上）不相溶液體混合均勻。因而能達到一般的機械攪拌或搗碎所達不到的效果。
超聲波細胞破碎儀的原理并不是太神秘、太復雜。簡單說就是將電能通過換能器轉換為聲能，這種能量通過液體介質而變成個個密集的小氣泡，這些小氣泡迅速炸裂，產生的象小樣的能量，從而起到破碎細胞等物質的作用。
聲波是物質介質中的種彈性機械波，它是種波動形式，因此它可以用于探測人體的生理及病理信息，既診斷聲。同時，它又是種能量形式，當達到定劑量的聲在生物體內傳播時，通過它們之間的相互作用,能引起生物體的功能和結構發生變化，即聲生物效應。聲對細胞的作用主要有熱效應，空化效應和機械效應。熱效應是當聲在介質中傳播時，摩擦力阻礙了由聲引起的分子震動，使部分能量轉化為局部熱(42-43℃)，因為正常組織的臨界致死溫度為45.7℃，而腫瘤組織比正常組織敏感性，故在此溫度下腫瘤細胞的代謝發生障礙，DNA、RNA、蛋白質合成受到影響，從而殺傷癌細胞而正常組織不受影響。空化效應是在聲照射下，生物體內形成空泡，隨著空泡震動和其猛烈的聚爆而產生出機械剪切壓力和動蕩，使腫瘤出血、組織瓦解以致壞死。另外，空化泡破裂時產生瞬時溫(約5000℃)、壓(可達500×104Pa)，可使水蒸氣熱解離產生.OH自由基和.H原子，由.OH自由基和.H原子引起的氧化還原反應可導致多聚物降解、酶失活、脂質過氧化和細胞殺傷。機械效應是聲的原發效應，聲波在傳播過程中介質質點交替地壓縮與伸張構成了壓力變化，引起細胞結構損傷。殺傷作用的強弱與聲的頻率和強度密切相關。
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