Ultralydbehandling er et effektivt middel til at opløse cellestrukturer. Derfor anvendes sonikatorer i vid udstrækning i laboratorier til at bryde åbne celler, ekstrahere intracellulære molekyler, proteiner og organeller til forskning og analyse. I industriel skala bruges ultralydsopløsning og lysis til at isolere molekyler fra cellefabrikker eller til at fremme fordøjelsen af biomasse.

Hvad er ultralydsopløsning?

Ultralyd desintegration, også kendt som ultralyd homogenisering, er en proces, der bruger høj intensitet, lavfrekvente ultralydbølger til at nedbryde cellevægge og forstyrre molekylære strukturer i et flydende medium. Denne teknik anvendes almindeligvis i forskellige videnskabelige og industrielle applikationer til flere formål:

Celleforstyrrelse: Ultralydsopløsning anvendes i vid udstrækning i cellebiologi og molekylærbiologi til at forstyrre cellemembraner og frigive cellulært indhold såsom proteiner, nukleinsyrer og organeller. Dette er nyttigt til ekstraktion af intracellulære komponenter til analyse eller til lysering af celler i mikrobiologiske og bioteknologiske processer.

• Homogenisering: Det hjælper med ensartet blanding af komponenter i en prøve, især når man beskæftiger sig med ublandbare væsker eller når man forsøger at opnå en ensartet blanding af materialer.
• Proteinudvinding: I biologi, proteomics life science, er analysen af proteiner en meget almindelig opgave. Før proteiner kan analyseres i analyser, skal de ekstraheres fra cellens indre og isoleres. Sonikatorer er den mest anvendte metode til proteinekstraktion.
• DNA-fragmentering: DNA og RNA er forskellige typer nukleinsyrer, der lagrer og koder for genetisk information i celler. Når DNA og RNA analyseres, skal de lange tråde undertiden fragmenteres, en proces, der pålideligt og effektivt kan udføres ved sonikering.
• Forberedelse af prøve: I forskning og analyse er prøveforberedelse en almindelig procedure før forskellige analytiske teknikker. Ultralydsopløsning kan bidrage til at opløse eller sprede prøver, hvilket kan forbedre analysernes nøjagtighed og reproducerbarhed.

Fordele ved ultralydsopløsning

Hvorfor bruge en sonde-type sonikator til opløsning, celleforstyrrelse og ekstraktion af intracellulære molekyler og proteiner? En sonikator eller ultralyd dismembrator tilbyder mange fordele, der gør sonikering den overlegne teknologi sammenlignet med andre desintegrationsmetoder såsom højtrykshomogenisering, kuglefræsning eller mikrofluidisering.

• Ikke-termisk: Ultralydsopløsning er en ikke-termisk metode, hvilket betyder, at den ikke er afhængig af varme for at nedbryde materialer. Dette er fordelagtigt til applikationer, hvor høje temperaturer kan nedbryde varmefølsomme prøver.
• Præcis og kontrolleret: Processen kan styres med høj præcision, hvilket giver mulighed for specifik forstyrrelse, blanding eller reduktion af partikelstørrelse.
• Hurtig og effektiv: Ultralydbehandling er generelt en hurtig og effektiv metode, hvilket gør den velegnet til applikationer med høj kapacitet.
• Reduceret kemisk brug: I mange tilfælde kan ultralydsopløsning reducere behovet for hårde kemikalier eller organiske opløsningsmidler, som kan være miljøvenlige og reducere risikoen for kemisk forurening.
• Ingen fræsemedier, ingen dyser: Alternative desintegrationsteknikker, såsom kugle / perlefræsning eller højtrykshomogenisatorer, har ulemper. Kugle-/perlefræsning kræver brug af fræsemedier (perler eller perler), som møjsommeligt skal adskilles og rengøres. Højtrykshomogenisatorer har dyser, der er tilbøjelige til tilstopning. I modsætning hertil er ultralydhomogenisatorer nemme at bruge, meget pålidelige og robuste, hvilket kræver meget lidt vedligeholdelse.
• Alsidighed: Det kan anvendes på en bred vifte af materialer, herunder bakterier, planteceller, pattedyrvæv, alger, svampe osv., Hvilket gør det til en alsidig teknik inden for forskellige områder.
  Skalerbarhed: Ultralydsteknikken kan skaleres op til industrielle processer, hvilket gør den velegnet til både laboratorie- og storskala produktionsapplikationer.

Arbejdsprincippet om ultralydsopløsning og celleforstyrrelse

Ultralydbehandling genererer vekslende højtryks- og lavtryksbølger i den udsatte væske. Under lavtrykscyklussen skaber ultralydbølgerne små vakuumbobler i væsken, der kollapser voldsomt under en højtrykscyklus. Dette fænomen kaldes kavitation. Implosionen af kavitationsboblen forårsager stærke hydrodynamiske forskydningskræfter, der forårsager første sonoporation og efterfølgende effektiv forstyrrelse af cellestrukturer. Intracellulære molekyler og organeller frigives fuldstændigt i opløsningsmidlet.

Ultrasonic Nedbrydning af cellestrukturer

Forskydningskræfterne kan opløse fibrøst, cellulosemateriale i fine partikler og bryde væggene i cellestrukturen. Dette frigiver mere af det intracellulære materiale, såsom stivelse eller sukker i væsken. Derudover bliver cellevægsmaterialet brudt i små snavs.

Denne effekt kan anvendes til fermentering, fordøjelse og andre konverteringsprocesser af organisk materiale. Efter fræsning og slibning gør ultralydsbehandling mere af det intracellulære materiale, fx stivelse samt cellevæggenrester til de enzymer, der omdanner stivelse til sukkerarter. Det øger også det overfladeareal, der udsættes for enzymerne under kondensering eller saccharificering. Dette øger typisk hastigheden og udbyttet af gærfermentering og andre konverteringsprocesser, fx for at øge ethanolproduktionen fra biomasse.

Brug ultralydsopløsning – Pålideligt og effektivt i enhver skala

Hielscher sonikatorer er tilgængelige med forskellige effekt ratings og behandlingskapacitet. Uanset om du ønsker at sonikere små biologiske prøver fra et par mikroliter til et par liter eller har brug for at behandle store celle eller biomasse strømme til produktion, Hielscher ultralyd vil tilbyde dig den mest egnede ultralyd dismembrator til din biologiske anvendelse.

• lab skala for 1mL til ca. 5L fx UP400St med 22mm sonotrode
• bænkestørrelse på ca. 0,1 til 20 l / min f.eks UIP1000hdT med 34mm sonotrode og flowcell
• produktionsskala starter ved 20L / min f.eks UIP4000hdT eller UIP16000hdT

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet af vores ultralydapparater i laboratoriestørrelse:

Brug venligst nedenstående formular, hvis du ønsker at modtage mere information om brug af ultralydsenheder med henblik på nedbrydning af celler. Vi hjælper gerne med dig.

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige behandlingskapacitet af vores industrielle ultralydapparater:

Litteratur / Referencer