Hielscher Ultraschalltechnik

Probenvorbereitung mit dem Ultraschallgerät VialTweeter

Für die Probenvorbereitung vor der Analyse sind verschiedene präanalytische Verfahren erforderlich, z.B. Gewebehomogenisierung, Lyse, Extraktion von Proteinen, DNA, RNA, Organellen und anderen intrazellulären Substanzen, das Lösen von Substanzen sowie das Entgasen von Flüssigkeiten. Der VialTweeter ist ein einzigartiges Ultraschallgerät, das gleichzeitig mehrere Probenröhrchen unter genau denselben Bedingungen vorbereitet. Durch die indirekte Beschallung der geschlossenen Probenröhrchen werden Kreuzkontamination und Probenverlust vermieden.

Ultraschallprobenvorbereitung

Ultraschall ist ein gängige Verfahren der Probenvorbereitung, mit der die Probe für Analysen wie Polymerase-Kettenreaktion (engl. polymerase chain reaction; PCR), Western Blots, Assays, molekulare Sequenzierung, Chromatographie usw. vorzubereitet wird. Ultraschall ist eine in Labors weit verbreitete Technik zur präanalytischen Behandlung von Proben. Ein großer Vorteil der Ultraschallbehandlung besteht darin, dass das Funktionsprinzip des Ultraschalls auf rein mechanischen Kräften beruht. Die Ultraschall-Lyse und der Zellaufschluss werden durch sonomechanische Scherkräfte erreicht, was der Ultraschallmethode den Vorteil gibt, dass die für die Proteinextraktion verwendeten Lösungsmittel auch während der Lyse verwendet werden können. Ultraschall-Zellaufschlussgeräte wie der VialTweeter brechen die Zellwände / Membranen auf und fördern den Stoffaustausch zwischen dem Zellinneren und dem Lösungsmittel. Dadurch wird der Analyt (z.B. DNA, RNA, Proteine, Organellen etc.) effizient von der Zellmatrix in das Lösungsmittel überführt. Dies bedeutet, dass sich die Schritte des Quenchens und der Extraktion mit dem Ultraschall-Zellaufschlussprozess überlappen, was die Ultraschall-Lyse sehr effektiv macht. Darüber hinaus erfordert die Ultraschall-Probenvorbereitung keine Detergenzien und andere Lysereagenzien, welche die Struktur des Lysats verändern und zerstören könnten. Zudem sind Lysechemikalien dafür bekannt, die anschließenden Aufreinigung zu erschweren. Eine weitere Lysemethode, der enzymatische Aufschluss, erfordert lange Inkubationszeiten und liefert oftmals nicht reproduzierbare Ergebnisse. Die Probenvorbereitung mit Ultraschall überwindet gängige Probleme bei der Probenvorbereitung wie Gewebehomogenisierung, Zellaufschluss, Lyse, Proteinextraktion und Lysatauflösung. Da die Intensität der Ultraschallbehandlung genau kontrolliert und an die biologische Probe angepasst werden kann, werden Zersetzung und Probenverlust vermieden. Automatisch überwachte und kontrollierte Probentemperatur, einstellbarer Pulsmodus und Beschallungsdauer während der ultraschall-gestützten Probenvorbereitung gewährleisten optimale Ergebnisse.

Der VialTweeter ist ein einzigartiges Ultraschallsystem für die gleichzeitige Beschallung von bis zu 10 Fläschchen unter exakt gleichen Bedingungen ohne Kreuzkontamination.

UP200St mit VialTweeter zur Beschallung geschlossener Fläschchen

Der VialTweeter eignet sich besonders gut für Laborarbeiten, bei der gleichzeitig mehrere Proben unter den gleichen Bedingungen vorbereitet werden müssen. Der VialTweeter ist eine Ultraschall-Blocksonotrode, die bis zu 10 Fläschchen (z.B. Eppendorf, Zentrifuge, NUNC-Röhrchen, Kryo-Vials) aufnehmen kann und diese unter genau kontrollierten Bedingungen intensiv beschallt. Da die Ultraschallenergie durch die Wände der Teströhrchen in das Probenmedium eingekoppelt wird, können die Fläschchen während der Behandlung verschlossen bleiben. Dadurch werden Probenverlust und Kreuzkontamination vollständig vermieden.

Komplettes VialTweeter-Set: VialTweeter-Sonotrode am Ultraschallprozessor UP200St

Ultraschall-Probenvorbereitungseinheit VialTweeter: VialTweeter Sonotrode am Ultraschallprozessor UP200St

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Fläschchen und Röhrchen für den VialTweeter

Der VialTweeter eignet sich für die Aufnahme von 10 gängigen konischen Vials bzw. Rundboden-Röhrchen wie Eppendorf-, Zentrifugen-, Kryo-Vials und verschiedene NUNC-Röhrchentypen. Auf Anfrage können die Löcher auf andere Röhrchen- und Vial-Größen angepasst werden. Bitte teilen Sie uns mit, welche Art von Teströhrchen Sie verwenden möchten, damit wir Ihren VialTweeter entsprechend modifizieren können. Für größere Reagenzgläser wie Falcon-Röhrchen und andere Testbehälter, kleine Bechergläser und Gefäße ist die VialPress eine praktische Lösung.

Der VialTweeter mit VialPress

Hielscher VialTweeter mit VialPress für die indirekte Beschallung größerer VialsWährend der VialTweeter selbst mit seinen 10 Röhrchenhalterungen bereits ein einzigartiges und hochfunktionales Ultraschallgerät ist, wird der VialTweeter durch das VialPress Add-on noch vielseitiger und flexibler einsetzbar. Der VialPress ist ein Zubehörteil für den VialTweeter, das aus einer Klemmleiste besteht, mit der größere Probenröhren wie Falcon-Tubes sowie andere kleine bis mittelgroße Testbecher an der Vorderseite des VialTweeter befestigt werden können. Das Bild links zeigt den VialTweeter, der 10 Eppendorf-Röhrchen im Block hält, während die VialPress ein größeres Probenröhrchen zur Beschallung an der Vorderseite fixiert. Der VialPress ist in der Lage, bis zu 5 grössere Reagenzgefäße für eine intensive Beschallung aufzunehmen.

VialTweeter-Probenvorbereitungsprotokolle

Der VialTweeter wird meist zur Beschallung biologischer Proben verwendet. Vor der Analyse müssen die Proben für biochemische oder biophysikalische Analysen und Assays vorbereitet werden, z.B. durch Lyse, Gewebehomogenisierung, Proteinextraktion, DNA / RNA-Scherung, Entgasung usw. Der VialTweeter erfüllt diese Ultraschallprozesse zuverlässig und liefert reproduzierbare Ergebnisse. Eine häufige Anwendung des VialTweeter ist die Lyse / derZellaufschluß von Säugetiergeweben (von Mensch und Tier) sowie von Bakterienzellen und Viruspartikeln. Zu den mit dem VialTweeter erfolgreich behandelten biologischen Proben gehören menschliche Lungenepithelzellen, hämatopoetische Stammzellen, myeloische Leukämiezellen, Escherichia coli, Bacillus subtilis, Bacillus anthracis, Francisella tularensis, Yersinia pestis, Streptococcus pyogenes, Caulobacter crescentus, Mycoplasma pneumoniae, Mykobakterien / Mycobacterium Tuberculosis Complex (MTBC) und viele weitere bakterielle, botanische und mikrobielle Zellen.
Nachfolgend finden Sie einige ausgewählte Protokolle mit dem VialTweeter.

The VialTweeter can hold up to 10 common test vials for simultaneous ultrasonic sample preparation

Der VialTweeter beschallt 1,0-, 1,5- und 2,0-mL-Eppendorf-Röhrchen mit hoher Intensität ohne Kreuzkontamination oder Probenverlust.

Anwendungen des VialTweeters

  • Gewebe-Homogenisierung
  • Zellaufschluss & Lyse
  • Proteingewinnung
  • DNA / RNA Scherung
  • Solubilisierung des Zellpellets
  • Erreger-Nachweis
  • Entgasen
  • In-vitro-Diagnostik
  • Präanalytische Behandlung
  • Proteomik

E.Coli-Lyse mit dem VialTweeter zur In-Vivo-Glutathion-Bestimmung

Escherichia coli-Bakterien des Stammes MG1655 wurden in MOPS-Minimalmedium in einem Gesamtvolumen von 200 ml gezüchtet bis ein A600 von 0,5 erreicht wurde. Die Kultur wurde zur Stressbehandlung in 50 ml-Kulturen aufgeteilt. Nach 15-minütiger Inkubation mit 0,79 mM Allicin, 1 mM Diamid oder Dimethylsulfoxid (Kontrolle) wurden die Zellen bei 4.000 g bei 4°C für 10 min geerntet. Die Zellen wurden zweimal mit KPE-Puffer gewaschen, bevor die Pellets in 700µl KPE-Puffer resuspendiert wurden. Zur Entfernung der Proteine wurden 300µl 10%ige (w/v) Sulfosalicylsäure vor dem Aufschluss der Zellen durch Ultraschall (3 x 1 min; VialTweeter-Ultraschallgerät) zugegeben. Die Überstände wurden nach Zentrifugation (30 min, 13.000 g, 4°C) gesammelt. Die Sulfosalicylsäurekonzentration wurde durch Zugabe von 3 Volumina KPE-Puffer auf 1% gesenkt. Die Messungen von Gesamtglutathion und GSSG wurden wie oben beschrieben durchgeführt. Die zellulären Glutathionkonzentrationen wurden auf Grundlage eines E. coli-Zellvolumens von 6,7×10-15 Liter und einer Zelldichte von A600 0,5 (entspricht 1×108 Zellen ml-1 Kultur) berechnet. Die GSH-Konzentrationen wurden durch Subtraktion von 2[GSSG] vom Gesamtglutathion berechnet. (Müller et al. 2016)

Zell-Lyse mit dem VialTweeter vor der Graphitofen-Atomabsorptionsspektrometrie

Bacillus subtilis 168 (trpC2) wurden 15 Minuten lang antibiotischem Stress ausgesetzt, dann wurden die Zellen bei 3.320 x g geerntet, fünfmal mit 100 mM Tris/1 mM EDTA, pH 7,5, gewaschen, in 10 mM Tris, pH 7,5, resuspendiert und durch Ultraschall in einem Hielscher VialTweeter-Instrument aufgeschlossen. (Wenzel et al. 2014)

VialTweeter-Probenvorbereitung vor der Massenspektrometrie

Die lyophilisierten Zellpellets humaner hämatopoetischer CD34-Stammzellen/Progenitorzellen wurden in 10µl (200µl für das HEK293-Präparat für die Peptidverdünnungsreihe) von 8 M Harnstoff in 100 mM Ammoniumhydrogencarbonat resuspendiert und mit Hilfe von Ultraschall mittels Hielscher VialTweeter bei einer Amplitude von 60%, einem Zyklus von 60% und einer Dauer von 20s dreimal mit Zwischenkühlung auf Eis lysiert. (Amon et al. 2019)

Probenvorbereitungsprotokolle mit der VialPress

The VialTweeter equipped with VialPress, a clamp that fixates larger test vessel to the VialTWeeter front for intense indirect sonicationFrischer Kopfsalat (Lactuca sativa) wurde in 0,5 M HEPES-Puffer (pH 8, KOH angepasst) in einem Verhältnis von 1 g Pflanzenmaterial (Frischgewicht) zu 200, 100, 50 oder 20 mL Pufferlösung homogenisiert. Das Verhältnis von Pflanzenmasse zu Pufferlösungsvolumen wurde variiert, um das Gesamthomogenatvolumen zwischen 3,5 und 12 mL zu halten. Das Verhältnis von Pflanzenmasse zu Pufferlösungsvolumen wurde variiert, um das Gesamthomogenatvolumen zwischen 3,5 und 12 mL zu halten und die Homogenisierung mit der Sonde zu ermöglichen. Die Homogenate wurden dann einer indirekten Ultraschallbeschallung mit einem UP200St mit VialTweeter, ausgestattet mit 200xt VialPress (Hielscher Ultrasonics GmbH, Deutschland), für 3 min (80% Puls und 100% Leistung) unterzogen. Durch den Einsatz dieses Geräts wurde eine Kontamination vermieden. (Laughton et al. 2019)

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VialTweeter at the ultrasonic processor UP200ST

Der VialTweeter mit 10 Eppendorf-Fläschchen am Ultraschallprozessor UP200St

Zuverlässige Temperaturkontrolle während der Beschallung mit dem VialTweeter

Die Temperatur ist ein entscheidender prozessbeeinflussender Faktor, der besonders bei der Behandlung biologischer Proben von Bedeutung ist. Wie alle mechanischen Probenpräparationstechniken erzeugt auch die Beschallung Wärme. Die Temperatur der Proben kann jedoch gut kontrolliert werden, wenn der VialTweeter verwendet wird. Wir stellen Ihnen verschiedene Möglichkeiten vor, die Temperatur Ihrer Proben zu überwachen und zu kontrollieren, während Sie diese mit dem VialTweeter und VialPress für die Analyse vorbereiten.

  1. Überwachung der Probentemperatur: Der Ultraschallprozessor UP200St, der den VialTweeter ansteuert, ist mit einer intelligenten Software und einem steckbaren Temperatursensor ausgestattet. Stecken Sie den Temperatursensor in den UP200St und führen Sie die Spitze des Temperatursensors in eines der Probenröhrchen ein. Über das digitale Farb-Touch-Display können Sie im Menü des UP200St einen bestimmten Temperaturbereich für Ihre Probenbeschallung einstellen. Das Ultraschallgerät stoppt automatisch, wenn die maximale Temperatur erreicht ist, und pausiert, bis die Probentemperatur auf den niedrigeren Wert der eingestellten Temperatur gesunken ist ∆. Dann beginnt die Beschallung automatisch wieder. Diese intelligente Funktion verhindert wärmeinduzierte Probenzersetzung.
  2. Der VialTweeter-Block kann vorgekühlt werden. Legen Sie den VialTweeter-Block (nur die Sonotrode ohne Schallwandler!) in den Kühl- oder Gefrierschrank, um den Titanblock vorzukühlen und so den Temperaturanstieg in der Probe zu verzögern. Wenn möglich, kann auch die Probe selbst vorgekühlt werden.
  3. Verwenden Sie Trockeneis zur Kühlung während der Sonifizierung. Verwenden Sie eine flache, mit Trockeneis gefüllte Schale und platzieren Sie den VialTweeter auf dem Trockeneis, so dass die Wärme schnell abgeführt werden kann.

Kunden auf der ganzen Welt verwenden den VialTweeter und VialPress für ihre tägliche Probenvorbereitung in biologischen, biochemischen, medizinischen und klinischen Labors. Dank der intelligenten Software und der Temperaturregelung des UP200St-Prozessors wird die Temperatur zuverlässig geregelt und ein hitzeinduzierter Probenzersetzung vermieden. Die ultraschall-gestützte Probenvorbereitung mit dem VialTweeter und VialPress liefert höchst zuverlässige und reproduzierbare Ergebnisse!

Technische Details des VialTweeter

Der VialTweeter ist eine Blocksonotrode aus Titan, die bis zu 10 Röhrchen in den Löchern innerhalb des Blocks aufnehmen kann. Zusätzlich können mit der VialPress bis zu 5 grössere Reagenzgefäße an die Vorderseite des VialTweeter geklemmt werden. Der VialTweeter ist so konstruiert, dass die Ultraschall-Energie in jedem eingesetzten Fläschchen gleichmässig verteilt wird, um zuverlässige und gleichmässige Beschallungsergebnisse zu gewährleisten. Ein kleines Drehgelenk passt die VialTweeter-Sonotrode an Bodenunebenheiten an und richtet die Teströhrchen vertikal aus.

Vorteile des VialTweeter auf einen Blick

  • Intensive, gleichzeitige Sonifizierung von bis zu 10 Probengefäßen
  • Indirekte Beschallung mit hoher Ultraschallintensität durch die Gefäßwand in die Probe
  • Indirekte Beschallung vermeidet Kreuzkontamination und Probenverlust
  • Reproduzierbare Ergebnisse durch einstellbare und steuerbare Ultraschallamplitude
  • Die VialPress ermöglicht es Ihnen, größere Testgefäße zu sonifizieren.
  • Einstellbare Amplitude von 20 bis 100%.
  • Einstellbarer Pulsmodus von 0 bis 100 %
  • Autoklavierbar

Der VialTweeter wird vom UP200Steinem 200 Watt starken Ultraschallprozessor, angetrieben. Der UP200St ist mit einer intelligenten Software ausgestattet, welche eine präzise Steuerung aller wichtigen Ultraschallprozessparameter wie Amplitude, Beschallungszeit, Pulsation und Temperatur ermöglicht. Dies macht den VialTweeter zu einem zuverlässigen Werkzeug für erfolgreiche, reproduzierbare Prozessergebnisse in biologischen und biochemischen Labors.
Touch-Farbdisplay des Ultraschallgerätes UP400StDie Amplitude kann zwischen 20 und 100% eingestellt werden und ermöglicht dadurch eine Anpassung der Ultraschallintensität an Ihre Probe. Zum Beispiel erfordert das Scheren und Fragmentieren von DNA und RNA eine mildere Amplitude, die DNA-Fragmenten nicht zu kurz werden; wohingegen die Gewebehomogenisierung eines Mäusegehirns eine Beschallung mit hoher Intensität erfordert. Wählen Sie die ideale Amplitude, Beschallungsintensität und -dauer über das intelligente und intuitive Menü am UP200St Prozessor. Das Menü und die Einstellungen sind über das farbige Touch-Display leicht zugänglich und intuitiv bedienbar. In den Einstellungen können Sie Beschallungsparameter wie Amplitude, Pulsations-/Zyklusmodus, Beschallungsdauer, Gesamtenergiezufuhr und Temperaturgrenzen voreinstellen. In Forschung und Produktion ist die Reproduzierbarkeit von Versuchen und Testergebnissen von entscheidender Bedeutung. Das bedeutet, dass die präzise Aufzeichnung von Prozessbedingungen und Beschallungsprotokollen äußerst wichtig ist. Die automatische Datenprotokollierung schreibt alle Beschallungsdaten in eine CSV-Datei auf eine integrierte SD-Karte, so dass Sie verschiedene Beschallungsdurchläufe leicht überprüfen und vergleichen können. Auf alle Ultraschall-Prozessdaten kann einfach zugegriffen und diese als CSV-Datei weitergegeben werden.
Hielscher Ultrasonics ist bestrebt, Ihnen fortschrittliche Technologie zur Verfügung zu stellen, um Ihre Forschungsarbeit zu erleichtern und zu verbessern!

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  • UP200St-G Ultraschallgenerator 200 Watt

    Ultraschallgenerator, 200W, 26kHz (autom. Abstimmsystem), Touchscreen, Amplitude einstellbar 20-100%, Pulsmodus von 10-100%, Trockenlaufschutz, IP51, inkl. Leistungsmessung, Steckdose für Ethernet, Stromversorgung, Netzwerkkabel, Koffer, Handbuch



  • Ultraschallwandler UP200St-T 200 Watt

    Ultraschallwandler, Ø45mm, ca. Länge 230mm, Titanhorn Ø10mm (Amplitude 70µm), IP65 Klasse, Start/Stopp-Taste, Buchse für PT100, LEDs für Probenbeleuchtung, mit ST1-Klemme, mit Montagewerkzeug



  • Hielscher VialTweeter für Ultraschallgerät UP200St

    VialTweeter-Sonotrode, aus Titan, für Ultraschallprozessor UP200St, mit 10 Bohrungen ø11mm, zur Anregung von bis zu 10x 1,5ml Eppendorf-Röhrchen oder andere Vials, (siehe auch Klemmvorrichtung VialPress für Gefäße anderer Abmessungen)



  • Sonotrode für die direkte Beschallung, aus Titan, Ø2mm (3mm2), ca. Länge 120mm, Außengewinde M6x0,75, für Proben von 2ml bis 50ml, Amplitudenverhältnis ca. 1:3, autoklavierbar



  • Hielscher VialPress für VialTweeter auf Ultraschallgerät UP200St

    Klemmvorrichtung als Zubehör für VialTweeter-Sonotrode S26d11x10, Edelstahl, zur Anregung von bis zu 5 Gefäßen mit Ø bis zu 20mm



  • RemoteFußschalter

    Fußschalter mit Pedaltaste, mit RJ45-Stecker (männlich), schwarz beschichteter Stahl mit Gummi, 1,5m Kabel, für alle Hielscher Ultraschall-Homogenisatoren mit Touch-Steuerung (z.B. UP200Ht, UP200St, dort Fernbedienung RJ45 in den Einstellungen aktivieren), siehe auch RemoteFußschalter


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Ultraschallgerät VialTweeter für Proteinextraktion aus Gewebeproben (zum Vergrößern anklicken!)

VialTweeter mit VialPress für die indirekte Beschallung von Vials und Teströhrchen.

Literatur / Literaturhinweise



3 Schritte zur erfolgreichen Ultraschallproduktion: Machbarkeitsstudie - Optimierung - Scale-Up (zum Vergrößern anklicken!)

Ultraschall-gestützte Verarbeitung: Hielscher begleitet Sie von der Machbarkeit und Optimierung bis zur kommerziellen Produktion!