Ultrazvučna dezintegracija ćelija

Ultrazvučna obrada je efikasno sredstvo za dezintegraciju ćelijskih struktura. Zbog toga se sonikatori široko koriste u laboratorijama za razbijanje ćelija te za ekstrakciju intracelularnih molekula, proteina i organela u svrhu istraživanja i analize. U industrijskim razmjerima ultrazvučna dezintegracija i liza koriste se za izolaciju molekula iz ćelijskih tvornica ili za poticanje razgradnje biomase.

Šta je ultrazvučna dezintegracija?

Ultrazvučna dezintegracija, poznata i kao ultrazvučna homogenizacija, postupak je u kojem se ultrazvučni valovi visokog intenziteta i niske frekvencije koriste za razgradnju ćelijskih zidova i narušavanje molekularnih struktura u tekućem mediju. Ova se tehnika uobičajeno koristi u raznim znanstvenim i industrijskim primjenama u nekoliko svrha:

Razgradnja ćelija: Ultrazvučna dezintegracija široko se koristi u ćelijskoj i molekularnoj biologiji za razgradnju ćelijskih membrana, pri čemu se oslobađa ćelijski sadržaj poput proteina, nukleinskih kiselina i organela. To je korisno za ekstrakciju intracelularnih komponenti radi analize ili za lizu ćelija u mikrobiološkim i biotehnološkim procesima.

• Homogenizacija: Pomaže pri ujednačenom miješanju komponenata u uzorku, osobito kada se radi o tekućinama koje se ne miješaju ili kada se želi postići dosljedna smjesa materijala.
• Ekstrakcija proteina: U biologiji, proteomici i znanostima o životu, analiza proteina vrlo je čest zadatak. Prije nego što se proteini mogu analizirati u testovima, moraju se ekstrahirati iz unutrašnjosti ćelije i izolirati. Sonikatori su najčešće korištena metoda za ekstrakciju proteina.
• Fragmentacija DNK: DNK i RNK su različite vrste nukleinskih kiselina koje pohranjuju i kodiraju genetske informacije u ćelijama. Kada se DNK i RNK analiziraju, duge se niti ponekad moraju fragmentirati, što se pouzdano i efikasno može postići sonikacijom.
• Priprema uzoraka: U istraživanju i analizi priprema uzoraka uobičajen je postupak prije raznih analitičkih tehnika. Ultrazvučna dezintegracija može pomoći pri otapanju ili dispergiranju uzoraka, što može poboljšati tačnost i ponovljivost analiza.

Prednosti ultrazvučne dezintegracije

Zašto koristiti sonikator sondnog tipa za dezintegraciju, razgradnju ćelija i ekstrakciju intracelularnih molekula i proteina? Sonikator ili ultrazvučni dismembrator nudi brojne prednosti zbog kojih je sonikacija superiornija tehnologija u usporedbi s drugim metodama dezintegracije, kao što su homogenizacija pod visokim tlakom, mljevenje kuglicama ili mikrofluidizacija.

• Netermička metoda: Ultrazvučna dezintegracija je netermička metoda, što znači da se za razgradnju materijala ne oslanja na toplinu. To je povoljno za primjene u kojima bi visoke temperature mogle razgraditi uzorke osjetljive na toplinu.
• Precizno i kontrolirano: Proces se može kontrolirati s velikom preciznošću, što omogućuje ciljanu razgradnju, miješanje ili smanjenje veličine čestica.
• Brzo i efikasno: Ultrazvučna obrada je općenito brza i efikasna metoda, zbog čega je pogodna za primjene s visokim protokom uzoraka.
• Smanjena upotreba kemikalija: U mnogim slučajevima ultrazvučna dezintegracija može smanjiti potrebu za agresivnim kemikalijama ili organskim otapalima, što može biti ekološki prihvatljivo i smanjiti rizik od kemijske kontaminacije.
• Bez medija za mljevenje, bez mlaznica: Alternativne tehnike dezintegracije, kao što su mljevenje kuglicama ili homogenizatori pod visokim tlakom, imaju nedostatke. Mljevenje kuglicama zahtijeva upotrebu medija za mljevenje (kuglica ili perli), koji se moraju mukotrpno odvajati i čistiti. Homogenizatori pod visokim tlakom imaju mlaznice koje su sklone začepljenju. Nasuprot tome, ultrazvučni homogenizatori jednostavni su za upotrebu, vrlo pouzdani i robusni te zahtijevaju vrlo malo održavanja.
• Svestranost: Može se primijeniti na širok raspon materijala, uključujući bakterije, biljne ćelije, tkivo sisavaca, alge, gljive itd., zbog čega je svestrana tehnika u raznim područjima.
  Skalabilnost: Ultrazvučna tehnika može se povećati na industrijske procese, zbog čega je pogodna i za laboratorijske primjene i za proizvodnju velikih razmjera.

Princip rada ultrazvučne dezintegracije i razgradnje ćelija

Ultrazvučna obrada stvara naizmjenične valove visokog i niskog tlaka u izloženoj tekućini. Tokom ciklusa niskog tlaka ultrazvučni valovi stvaraju male vakuumske mjehuriće u tekućini, koji se silovito urušavaju tokom ciklusa visokog tlaka. Taj se fenomen naziva kavitacija. Implozija kavitacijskog mjehurića uzrokuje snažne hidrodinamičke smične sile koje prvo uzrokuju sonoporaciju, a potom i efikasnu razgradnju ćelijskih struktura. Intracelularne molekule i organele potpuno se oslobađaju u otapalo.

Ultrazvučna dezintegracija ćelijskih struktura

Smične sile mogu dezintegrirati vlaknast, celulozni materijal u fine čestice i razbiti zidove ćelijske strukture. Time se u tekućinu oslobađa više intracelularnog materijala, poput škroba ili šećera. Osim toga, materijal ćelijskog zida razbija se na sitne ostatke.

Ovaj se učinak može iskoristiti za fermentaciju, razgradnju i druge procese konverzije organske tvari. Nakon mljevenja i usitnjavanja ultrazvučna obrada čini više intracelularnog materijala, npr. škroba, kao i ostataka ćelijskih zidova dostupnijim enzimima koji škrob pretvaraju u šećere. Ona također povećava površinu izloženu enzimima tokom likvefakcije ili saharifikacije. To obično povećava brzinu i prinos fermentacije kvascem i drugih procesa konverzije, npr. radi poticanja proizvodnje etanola iz biomase.

Primijenite ultrazvučnu dezintegraciju – pouzdano i efikasno u bilo kojem razmjeru

Hielscher sonikatori dostupni su s različitim snagama i kapacitetima obrade. Bez obzira na to želite li sonicirati male biološke uzorke od nekoliko mikrolitara do nekoliko litara ili trebate obrađivati velike tokove ćelija ili biomase za proizvodnju, Hielscher Ultrasonics ponudit će vam najprikladniji ultrazvučni dismembrator za vašu biološku primjenu.

• laboratorijska skala od 1mL do cca 5L, npr. UP400St sa sonotrodom od 22mm
• stolna skala od cca 0,1 do 20L/min, npr. UIP1000hdT sa sonotrodom od 34mm i protočnom ćelijom
• proizvodna skala od 20L/min naviše, npr. UIP4000hdT ili UIP16000hdT

Tabela u nastavku daje orijentacijski prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja laboratorijske veličine:

Molimo koristite obrazac u nastavku ako želite dobiti više informacija o upotrebi ultrazvučnih uređaja za dezintegraciju ćelija. Rado ćemo vam pomoći.

Tabela u nastavku daje orijentacijski prikaz približnog kapaciteta obrade naših industrijskih ultrazvučnih uređaja:

Literatura / reference

• Nico Böhmer, Andreas Dautel, Thomas Eisele, Lutz Fischer (2012): Recombinant expression, purification and characterisation of the native glutamate racemase from Lactobacillus plantarum NC8. Protein Expr Purif. 2013 Mar;88(1):54-60.
• Brandy Verhalen, Stefan Ernst, Michael Börsch, Stephan Wilkens (2012): Dynamic Ligand-induced Conformational Rearrangements in P-glycoprotein as Probed by Fluorescence Resonance Energy Transfer Spectroscopy. J Biol Chem. 2012 Jan 6;287(2): 1112-27.
• Claudia Lindemann, Nataliya Lupilova, Alexandra Müller, Bettina Warscheid, Helmut E. Meyer, Katja Kuhlmann, Martin Eisenacher, Lars I. Leichert (2013): Redox Proteomics Uncovers Peroxynitrite-Sensitive Proteins that Help Escherichia coli to Overcome Nitrosative Stress. J Biol Chem. 2013 Jul 5; 288(27): 19698–19714.
• Elahe Motevaseli, Mahdieh Shirzad, Seyed Mohammad Akrami, Azam-Sadat Mousavi, Akbar Mirsalehian, Mohammad Hossein Modarressi (2013): Normal and tumour cervical cells respond differently to vaginal lactobacilli, independent of pH and lactate. ed Microbiol. 2013 Jul; 62(Pt 7):1065-1072.