Ултразвукова дезинтеграция на клетките

Ултразвукът е ефективно средство за разпадане на клетъчните структури. Поради това ултразвукораздвижителите се използват широко в лабораториите за разбиване на отворени клетки, извличане на вътреклетъчни молекули, протеини и органели за изследвания и анализи. В индустриален мащаб ултразвуковото разпадане и лизисът се използват за изолиране на молекули от клетъчни фабрики или за насърчаване на храносмилането на биомаса.

Какво е ултразвукова дезинтеграция?

Ултразвуковото разпадане, известно още като ултразвукова хомогенизация, е процес, който използва високоинтензивни, нискочестотни ултразвукови вълни, за да разгради клетъчните стени и да наруши молекулярните структури в течна среда. Тази техника обикновено се използва в различни научни и промишлени приложения за няколко цели:

Клетъчно разрушаване: Ултразвуковата дезинтеграция се използва широко в клетъчната биология и молекулярната биология за разрушаване на клетъчните мембрани, освобождавайки клетъчно съдържание като протеини, нуклеинови киселини и органели. Това е полезно за извличане на вътреклетъчни компоненти за анализ или за лизинг на клетки в микробиологията и биотехнологичните процеси.

• Хомогенизиране: Той помага за равномерното смесване на компонентите в пробата, особено когато става въпрос за несмесващи се течности или когато се опитвате да постигнете постоянна смес от материали.
• Извличане на протеини: В биологията, протеомиката на науката за живота, анализът на протеини е много често срещана задача. Преди протеините да могат да бъдат анализирани в анализи, те трябва да бъдат извлечени от вътрешността на клетката и изолирани. Соникаторите са най-широко използваният метод за извличане на протеини.
• Фрагментация на ДНК: ДНК и РНК са различни видове нуклеинови киселини, които съхраняват и кодират генетична информация в клетките. Когато се анализират ДНК и РНК, дългите вериги понякога трябва да бъдат фрагментирани, процес, който може да бъде надеждно и ефективно извършен чрез ултразвук.
• Подготовка на пробата: При изследванията и анализите подготовката на пробите е често срещана процедура преди различни аналитични техники. Ултразвуковото разпадане може да помогне за разтваряне или разпръскване на проби, което може да подобри точността и възпроизводимостта на анализите.

Предимства на ултразвуковото разпадане

Защо да използвате сондов ултразвук за разпадане, разрушаване на клетките и извличане на вътреклетъчни молекули и протеини? Ултразвуковият дисмембранатор предлага множество предимства, които правят ултразвука по-добрата технология в сравнение с други методи за дезинтеграция като хомогенизация под високо налягане, смилане на топка или микрофлуидизация.

• Нетермичен: Ултразвуковото разпадане е нетермичен метод, което означава, че не разчита на топлина за разграждане на материалите. Това е предимство за приложения, при които високите температури могат да разградят чувствителните към топлина проби.
• Прецизен и контролиран: Процесът може да се контролира с висока точност, което позволява специфично разрушаване, смесване или намаляване на размера на частиците.
• Бърз и ефективен: Ултразвукът обикновено е бърз и ефективен метод, което го прави подходящ за приложения с висока производителност.
• Намалена употреба на химикали: В много случаи ултразвуковото разпадане може да намали нуждата от агресивни химикали или органични разтворители, които могат да бъдат екологични и да намалят риска от химическо замърсяване.
• Без фрезова среда, без дюзи: Алтернативните техники за дезинтеграция, като фрезоване на топка/мъниста или хомогенизатори под високо налягане, идват с недостатъци. Фрезирането на топка/мъниста изисква използването на фрезови среди (мъниста или перли), които трябва да бъдат старателно разделени и почистени. Хомогенизаторите под високо налягане имат дюзи, които са склонни към запушване. За разлика от тях, ултразвуковите хомогенизатори са лесни за използване, много надеждни и здрави, изискващи много малко поддръжка.
• Гъвкавост: Може да се прилага върху широк спектър от материали, включително бактерии, растителни клетки, тъкан на бозайници, водорасли, гъбички и др., което го прави универсална техника в различни области.
  Мащабируемост: Ултразвуковата техника може да бъде мащабирана за промишлени процеси, което я прави подходяща както за лабораторни, така и за широкомащабни производствени приложения.

Принципът на работа на ултразвуковото разпадане и разрушаването на клетките

Ултразвукът генерира редуващи се вълни с високо и ниско налягане в изложената течност. По време на цикъла на ниско налягане ултразвуковите вълни създават малки вакуумни мехурчета в течността, които се срутват силно по време на цикъл с високо налягане. Това явление се нарича кавитация. Имплозията на кавитационния мехур причинява силни хидродинамични сили на срязване, които причиняват първо сонопорация и последващо ефективно разрушаване на клетъчните структури. Вътреклетъчните молекули и органели се освобождават напълно в разтворителя.

Ултразвукова дезинтеграция на клетъчните структури

Силите на срязване могат да разпаднат влакнестия, целулозен материал на фини частици и да разрушат стените на клетъчната структура. Това освобождава повече от вътреклетъчния материал, като нишесте или захар в течността. В допълнение към това материалът на клетъчната стена се разбива на малки отломки.

Този ефект може да се използва за ферментация, храносмилане и други процеси на преобразуване на органични вещества. След смилане и смилане, ултразвукът прави повече от вътреклетъчния материал, например нишесте, както и остатъците от клетъчната стена, достъпни за ензимите, които превръщат нишестето в захари. Той също така увеличава повърхността, изложена на ензимите по време на втечняване или захарификация. Това обикновено увеличава скоростта и добива на ферментация на дрожди и други процеси на преобразуване, например за увеличаване на производството на етанол от биомаса.

Използвайте ултразвуково разпадане – Надеждно и ефективно във всякакъв мащаб

Ултразвуковите уреди Hielscher се предлагат с различна мощност и капацитет на обработка. Независимо дали искате да ултразвукови проби от няколко микролитра до няколко литра или трябва да обработвате големи клетъчни потоци или потоци от биомаса за производство, Hielscher Ultrasonics ще ви предложи най-подходящия ултразвуков дисмембранор за вашето биологично приложение.

• лабораторна скала за 1 ml до приблизително 5 L, напр. UP400St с 22 мм сонотроде
• настолна горна скала при приблизително 0,1 до 20 л/мин, напр. UIP1000hdT с 34 мм сонотроде и флоуклейт
• производствен мащаб, започващ от 20 л/мин, напр. UIP4000hdT или UIP16000hdT

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите ултразвукови апарати с лабораторен размер:

Моля, използвайте формата по-долу, ако искате да получите повече информация относно използването на ултразвукови устройства с цел разграждане на клетките. Ще се радваме да ви помогнем.

Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет на обработка на нашите индустриални ултразвукови апарати:

Литература / Препратки