1927年，化學(xué)家Wood和Loomis認可了強烈的高頻聲波在液體中傳播的影響。他們發(fā)表了有關(guān)超 聲對乳化，膠體分散，小而易碎的物體破碎以及紅色分餾的影響的觀察結(jié)果。 無需使用裂解酶或 去污劑的血球。 盡管他們的工作引起了人們的極大興趣，但直到1950年代中期，隨著高效壓電換 能器的大量生產(chǎn)，大功率，低成本的超聲設(shè)備才變得可用于研究和工業(yè)應(yīng)用。
在高強度超聲應(yīng)用中使用壓電技術(shù)的兩個主要產(chǎn)品是超聲波清洗器和超聲液體處理器。 超聲波 清洗器對于其預(yù)期的應(yīng)用清潔效果非常好； 但是，它們的強度低，固定和不均勻會在一定程度 上限制其使用范圍。 另一方面，超聲波處理器具有更多用途，是需要可預(yù)測的高強度超聲波能 量的應(yīng)用的首選儀器。
超聲波處理器包括三個主要組件：超聲波電源（發(fā)生器），轉(zhuǎn)換器和探頭。
超聲電源將50/60 Hz的電壓轉(zhuǎn)換為高頻（20 kHz）電能。將該電壓施加到轉(zhuǎn)換器內(nèi)的壓電晶體上， 然后在此轉(zhuǎn)換為較小的機械振動。轉(zhuǎn)換器的縱向振動被探頭放大，并作為超聲波由交替的壓縮和 稀疏作用傳遞給液體。這些壓力波動導(dǎo)致液體由于負壓而在稀疏階段破裂，從而形成數(shù)百萬個微 小的氣泡（腔）。當波前通過且氣泡在壓縮階段受到正壓時，它們會振蕩并最終增長為不穩(wěn)定的 尺寸。最終，氣泡爆裂；產(chǎn)生數(shù)百萬個沖擊波和渦流，使其從坍塌部位向外輻射，并在爆炸部位 產(chǎn)生極端的壓力和溫度。盡管這種現(xiàn)象（稱為氣穴現(xiàn)象）持續(xù)了幾微秒，并且每個氣泡釋放的能 量很小，但累積的能量卻非常高。
由于這些年來開發(fā)的各種專用配件，超聲處理器現(xiàn)已在實驗室中廣泛使用。 典型的應(yīng)用包括： 細胞和組織分解以獲取酶和代謝產(chǎn)物； 毒性研究； 樣品制備; 酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）； 酶 學(xué)用于RNA，DNA和PCR標記的蛋白質(zhì)純化：雜交； 受體結(jié)合研究； 脂質(zhì)體制劑； 微乳液 萃 取; 分解； 解散 催化化學(xué)反應(yīng)； 和納米顆粒的生產(chǎn)。
用超聲波處理這些應(yīng)用程序比以前的程序在生產(chǎn)率上有了巨大的飛躍。 但是，該方法依賴于將單 個手持式超聲探頭手動插入試管或孔中，因此在處理微孔板時變得費力費時。 為了解決這個問題， 幾年前設(shè)計了一種方法，該方法使用普通的超聲波清洗器或?qū)ｉT設(shè)計的用作超聲波清洗器的盤形反 應(yīng)池通過能量通過微孔板壁間接地處理樣品。 盡管目的是同時且相同地處理所有孔，但研究人員 對其再現(xiàn)性并不滿意。 這是由于以下事實：微板壁和微板的組成部分吸收了大部分能量，制造商 之間的公差差異很大。
為了提高生產(chǎn)率并改善可重復(fù)性，Sonics＆Materials，Inc.（康涅狄格州紐敦）于1982年推出了4 頭探針。 最近，為了滿足基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)實驗室的高通量要求，該公司開發(fā)了另外兩個多頭探針。
為了重復(fù)性，至關(guān)重要的是每個細胞內(nèi)的強度要一致且可預(yù)測。 該公司已經(jīng)成功制造了四種元素 探針，已有20年的歷史。 然而，當他們嘗試開發(fā)包含八種和二十四種頭的探針時，原型的重復(fù)性 低于預(yù)期。 使用超聲波技術(shù)，要振動的區(qū)域越大，振幅均勻分布的可能性就越小。 在產(chǎn)生了許多 有限元分析（FEA）模型并在現(xiàn)場花費了許多時間之后，該公司現(xiàn)在可以為研究人員提供可行的 省時工具，從而對工作量產(chǎn)生有利影響。 在組裝之前，檢查每個探針以確保其共振頻率和長度在 公差范圍內(nèi)。 組裝完畢后，對多元素探頭通電并再次用光纖儀器進行檢查，以確保每個探頭尖端 的偏移量均符合要求。
多元素探針由20 kHz磨頭和微尖端組成，這些微尖端設(shè)計用于一次處理4個，8個或24個深孔樣品。 1.5-2.0 ml微管 和10ml試管。 典型的自動化系統(tǒng)包含一個750W微處理器控制的超聲波處理器，一 個多頭探頭和一個x-y定位系統(tǒng)。 一個處理周期包括定位板，在預(yù)定的持續(xù)時間內(nèi)給超聲波通電， 沖洗探針以及重復(fù)該過程，直到所有樣品孔都被處理完為止。 該系統(tǒng)占用的空間極小，一旦啟動， 便可以無人值守運行，直到所有印版都已處理完畢。 因為處理的持續(xù)時間，強度水平和浸入深度 是高度可控的，所以轉(zhuǎn)移到每個孔中的能量本質(zhì)上是相同且可重復(fù)的，從而確保了協(xié)議重復(fù)性。