Ultrazvukový rozpad buněk

Ultrazvuku je účinným prostředkem k rozpadu buněčných struktur. Proto jsou sonikátory široce používány v laboratořích k rozbití otevřených buněk, extrakci intracelulárních molekul, proteinů a organel pro výzkum a analýzu. V průmyslovém měřítku se ultrazvuková dezintegrace a lýza používá k izolaci molekul z buněčných továren nebo k podpoře trávení biomasy.

Co je ultrazvuková dezintegrace?

Ultrazvuková dezintegrace, známá také jako ultrazvuková homogenizace, je proces, který využívá ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou a nízkou frekvencí k rozkladu buněčných stěn a narušení molekulárních struktur v kapalném médiu. Tato technika se běžně používá v různých vědeckých a průmyslových aplikacích pro několik účelů:

Narušení buněk: Ultrazvuková dezintegrace je široce používána v buněčné biologii a molekulární biologii k narušení buněčných membrán a uvolnění buněčného obsahu, jako jsou proteiny, nukleové kyseliny a organely. To je užitečné pro extrakci intracelulárních složek pro analýzu nebo pro lýzu buněk v mikrobiologických a biotechnologických procesech.

• Homogenizace: Pomáhá při rovnoměrném promíchání složek ve vzorku, zejména při práci s nemísitelnými kapalinami nebo při snaze dosáhnout konzistentní směsi materiálů.
• Extrakce bílkovin: V biologii, proteomice a vědách o životě je analýza proteinů velmi častým úkolem. Předtím, než mohou být proteiny analyzovány v testech, musí být extrahovány z vnitřku buňky a izolovány. Sonikátory jsou nejpoužívanější metodou extrakce proteinů.
• Fragmentace DNA: DNA a RNA jsou odlišné typy nukleových kyselin, které ukládají a kódují genetickou informaci v buňkách. Když jsou analyzovány DNA a RNA, dlouhé řetězce musí být někdy fragmentovány, což je proces, který lze spolehlivě a efektivně provést sonikací.
• Příprava vzorku: Ve výzkumu a analýze je příprava vzorku běžným postupem před různými analytickými technikami. Ultrazvukový rozpad může pomoci rozpustit nebo dispergovat vzorky, což může zlepšit přesnost a reprodukovatelnost analýz.

Výhody ultrazvukové dezintegrace

Proč používat sonikátor typu sondy pro dezintegraci, narušení buněk a extrakci intracelulárních molekul a proteinů? Sonikátor nebo ultrazvukový dismbrator nabízí řadu výhod, díky nimž je sonikace vynikající technologií ve srovnání s jinými metodami dezintegrace, jako je vysokotlaká homogenizace, mletí kuliček nebo mikrofluidizace.

• Netepelné: Ultrazvuková dezintegrace je netepelná metoda, což znamená, že při rozkladu materiálů nespoléhá na teplo. To je výhodné pro aplikace, kde by vysoké teploty mohly degradovat vzorky citlivé na teplo.
• Přesné a kontrolované: Proces lze řídit s vysokou přesností, což umožňuje specifické narušení, míchání nebo snížení velikosti částic.
• Rychlý a efektivní: Ultrazvuku je obecně rychlá a účinná metoda, takže je vhodná pro aplikace s vysokou propustností.
• Snížená spotřeba chemikálií: V mnoha případech může ultrazvuková dezintegrace snížit potřebu agresivních chemikálií nebo organických rozpouštědel, které mohou být šetrné k životnímu prostředí a snížit riziko chemické kontaminace.
• Žádná mletá média, žádné trysky: Alternativní techniky dezintegrace, jako je mletí kuliček/kuliček nebo vysokotlaké homogenizátory, mají nevýhody. Mletí kuliček a kuliček vyžaduje použití mlecího média (korálky nebo perly), které je nutné pracně oddělit a vyčistit. Vysokotlaké homogenizátory mají trysky, které jsou náchylné k ucpání. Naproti tomu ultrazvukové homogenizátory se snadno používají, jsou vysoce spolehlivé a robustní a vyžadují velmi malou údržbu.
• Univerzálnost: Může být aplikován na širokou škálu materiálů, včetně bakterií, rostlinných buněk, savčích tkání, řas, hub atd., což z něj činí všestrannou techniku v různých oblastech.
  Škálovatelnost: Ultrazvukovou techniku lze rozšířit pro průmyslové procesy, takže je vhodná jak pro laboratorní, tak pro rozsáhlé výrobní aplikace.

Princip činnosti ultrazvukové dezintegrace a narušení buněk

Ultrazvuku generuje střídavé vysokotlaké a nízkotlaké vlny v exponované kapalině. Během nízkotlakého cyklu vytvářejí ultrazvukové vlny v kapalině malé vakuové bubliny, které se během vysokotlakého cyklu prudce zhroutí. Tento jev se nazývá kavitace. Imploze kavitační bubliny způsobuje silné hydrodynamické smykové síly, které způsobují první sonoporaci a následné účinné narušení buněčných struktur. Intracelulární molekuly a organely se zcela uvolní do rozpouštědla.

Ultrazvuková dezintegrace buněčných struktur

Smykové síly mohou rozložit vláknitý celulózový materiál na jemné částice a rozbít stěny buněčné struktury. Tím se do tekutiny uvolní více intracelulárního materiálu, jako je škrob nebo cukr. Kromě toho se materiál buněčné stěny rozpadá na malé zbytky.

Tento efekt lze využít pro fermentaci, trávení a další procesy přeměny organické hmoty. Po mletí a mletí ultrazvuku zpřístupní více intracelulárního materiálu, např. škrobu, stejně jako zbytky buněčné stěny enzymům, které přeměňují škrob na cukry. Zvyšuje také povrchovou plochu vystavenou enzymům během zkapalňování nebo cukernatění. To obvykle zvyšuje rychlost a výtěžnost fermentace kvasinek a dalších procesů přeměny, např. pro zvýšení produkce etanolu z biomasy.

Použijte ultrazvukovou dezintegraci – Spolehlivě a efektivně v jakémkoli měřítku

Hielscher sonikátory jsou k dispozici s různými jmenovitými výkony a zpracovatelskými kapacitami. Ať už chcete sonikovat malé biologické vzorky od několika mikrolitrů do několika litrů nebo potřebujete zpracovat velké buněčné proudy nebo proudy biomasy pro výrobu, Hielscher Ultrasonics vám nabídne nejvhodnější ultrazvukový dismbrator pro vaši biologickou aplikaci.

• laboratorní váha pro 1 ml až přibližně 5 l, např. UP400St s 22mm sonotrodou
• stolní váha např. cca 0,1 až 20 l/min UIP1000hdT s 34mm sonotrodou a průtokovou buňkou
• výrobní měřítko již od 20 l/min např. UIP4000hdT nebo UIP16000hdT

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližnou kapacitu zpracování našich laboratorních ultrasonicators:

Použijte prosím níže uvedený formulář, pokud si přejete získat více informací o použití ultrazvukových přístrojů za účelem rozpadu buněk. Rádi vám pomůžeme.

Níže uvedená tabulka vám poskytuje přibližnou kapacitu zpracování našich průmyslových ultrasonicators:

Literatura / Reference