היישום המוקדם של אולטרסאונד בביוכימיה היה אמור להיות ריסוק דופן התא באמצעות אולטרסאונד כדי לשחרר את תוכנה. מחקרים מאוחרים יותר הראו שאולטרסאונד בעוצמה נמוכה יכול לקדם את תהליך התגובה הביוכימית. לדוגמה, הקרנה אולטרסאונדית של בסיס נוזלי של חומרי הזנה יכולה להגביר את קצב הגדילה של תאי אצות, ובכך להגדיל את כמות החלבון המיוצרת על ידי תאים אלה פי שלושה.

בהשוואה לצפיפות האנרגיה של קריסת בועות קוויטציה, צפיפות האנרגיה של שדה הקול האולטרסאונד גדלה פי טריליוני, וכתוצאה מכך נוצר ריכוז עצום של אנרגיה; תופעות סונוכימיות וסונולומינסנציה הנגרמות על ידי טמפרטורה ולחץ גבוהים הנוצרים על ידי בועות קוויטציה הן צורות ייחודיות של חילופי אנרגיה וחומרים בסונוכימיה. לכן, אולטרסאונד ממלא תפקיד חשוב יותר ויותר בחילוץ כימי, ייצור ביו דיזל, סינתזה אורגנית, טיפול מיקרוביאלי, פירוק מזהמים אורגניים רעילים, מהירות ותפוקת תגובה כימית, יעילות קטליטית של הזרז, טיפול ביולוגי בפירוק, מניעה והסרת אבנית באולטרסאונד, ריסוק, פיזור ואגלומרציה של תאים ביולוגיים, ותגובה סונוכימית.

1. תגובה כימית משופרת באולטרסאונד.

תגובה כימית משופרת באולטרסאונד. הכוח המניע העיקרי הוא קוויטציה אולטרסאונד. קריסת ליבת הבועה הקביטציונית יוצרת טמפרטורה מקומית גבוהה, לחץ גבוה, פגיעה חזקה ומיקרו סילון, המספקים סביבה פיזיקלית וכימית חדשה ומיוחדת מאוד לתגובות כימיות שקשה או בלתי אפשרי להשיג בתנאים רגילים.

2. תגובה קטליטית אולטרסאונד.

כתחום מחקר חדש, תגובה קטליטית אולטרסאונד משכה עניין רב. ההשפעות העיקריות של אולטרסאונד על תגובה קטליטית הן:

(1) טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה תורמים לפירוק מגיבים לרדיקלים חופשיים ופחמן דו-ערכי, ויוצרים מינים פעילים יותר של תגובה;

(2) גלי הלם ומיקרו-סילון משפיעים על ספיחה וניקוי של משטח מוצק (כגון זרז), מה שיכול להסיר תוצרי תגובה או חומרי ביניים של פני השטח ואת שכבת הפסיבציה של פני השטח של הזרז;

(3) גל הלם עלול להרוס את מבנה המגיב

(4) מערכת מגיבים מפוזרת;

(5) קוויטציה אולטרסאונד שוחקת את פני המתכת, וגלי ההלם מובילים לעיוות של סריג המתכת וליצירת אזור מאמץ פנימי, מה שמשפר את פעילות התגובה הכימית של המתכת;

6) לקדם את חדירת הממס לתוך המוצק כדי לייצר את מה שנקרא תגובת הכללה;

(7) כדי לשפר את פיזור הזרז, לעתים קרובות משתמשים באולטרסאונד בהכנת הזרז. קרינה אולטרסאונד יכולה להגדיל את שטח הפנים של הזרז, לגרום לפיזור אחיד יותר של הרכיבים הפעילים ולשפר את הפעילות הקטליטית.

3. כימיה פולימרית אולטרסאונד

היישום של כימיה של פולימרים חיוביים באולטרסאונד משך תשומת לב רבה. טיפול באולטרסאונד יכול לפרק מקרומולקולות, במיוחד פולימרים בעלי משקל מולקולרי גבוה. תאית, ג'לטין, גומי וחלבון יכולים להתפרק על ידי טיפול באולטרסאונד. כיום, מקובל לחשוב שמנגנון הפירוק באולטרסאונד נובע מהשפעת הכוח והלחץ הגבוה כאשר בועת הקביטציה מתפוצצת, וחלק אחר של הפירוק עשוי לנבוע מהשפעת החום. בתנאים מסוימים, אולטרסאונד עוצמתי יכול גם הוא ליזום פולימריזציה. קרינת אולטרסאונד חזקה יכולה ליזום קופולימריזציה של פוליוויניל אלכוהול ואקרילוניטריל להכנת קופולימרים בלוק, ואת הקופולימריזציה של פוליוויניל אצטט ותחמוצת פוליאתילן ליצירת קופולימרים של השתל.

4. טכנולוגיית תגובה כימית חדשה משופרת על ידי שדה קולי

השילוב של טכנולוגיית תגובה כימית חדשה ושיפור שדה קולי הוא כיוון פיתוח פוטנציאלי נוסף בתחום הכימיה האולטרסאונד. לדוגמה, נוזל סופר-קריטי משמש כמדיום, ושדה קולי משמש לחיזוק התגובה הקטליטית. לדוגמה, לנוזל סופר-קריטי יש צפיפות דומה לנוזל ומקדם צמיגות ודיפוזיה דומים לגז, מה שהופך את המסתו לשווה לנוזל ואת קיבולת העברת המסה שלו לשווה לגז. ניתן לשפר את ביטול ההפעלה של זרז הטרוגני באמצעות תכונות המסיסות והדיפוזיה הטובות של נוזל סופר-קריטי, אך אין ספק שזה הדובדבן שבקצפת אם ניתן להשתמש בשדה קולי לחיזוקו. גל ההלם והמיקרו-סילון הנוצרים על ידי קוויטציה קולית יכולים לא רק לשפר מאוד את היכולת של הנוזל הסופר-קריטי להמיס חומרים מסוימים המובילים לביטול הפעלה של הזרז, לשחק את תפקיד הספיחה והניקוי ולשמור על הזרז פעיל לאורך זמן, אלא גם לשחק את תפקיד הבחישה, שיכולה לפזר את מערכת התגובה ולהעלות את קצב העברת המסה של התגובה הכימית של נוזל סופר-קריטי לרמה גבוהה יותר. בנוסף, הטמפרטורה הגבוהה והלחץ הגבוה בנקודה המקומית הנוצרים על ידי קוויטציה אולטרסאונד יעזרו לפיצוח המגיבים לרדיקלים חופשיים ויאיצו מאוד את קצב התגובה. כיום, ישנם מחקרים רבים על התגובה הכימית של נוזל סופר-קריטי, אך מעט מחקרים על שיפור תגובה כזו על ידי שדה אולטרסאונד.

5. יישום של אולטרסאונד בעל עוצמה גבוהה בייצור ביו דיזל

המפתח להכנת ביו דיזל הוא טרנסאסטריפיקציה קטליטית של גליצריד חומצות שומן עם מתנול ואלכוהולים דלי פחמן אחרים. אולטרסאונד יכול לחזק את תגובת הטרנסאסטריפיקציה, במיוחד עבור מערכות תגובה הטרוגניות, הוא יכול לשפר משמעותית את אפקט הערבוב (אמולסיפיקציה) ולקדם את תגובת המגע המולקולרית העקיפה, כך שהתגובה שנדרשה במקור להתבצע בתנאי טמפרטורה גבוהה (לחץ גבוה) יכולה להתבצע בטמפרטורת החדר (או קרוב לטמפרטורת החדר), ולקצר את זמן התגובה. גלי אולטרסאונד משמשים לא רק בתהליך הטרנסאסטריפיקציה, אלא גם בהפרדת תערובת התגובה. חוקרים מאוניברסיטת מדינת מיסיסיפי בארצות הברית השתמשו בעיבוד אולטרסאונד בייצור ביו דיזל. תפוקת הביו דיזל עלתה על 99% תוך 5 דקות, בעוד שמערכת כור אצווה קונבנציונלית ארכה יותר משעה.