Der Zellaufschluss ist eine häufige Aufgabe in der Biotechnologie sowie bei vielen Anwendungen, bei denen Zellen und intrazelluläres Material verarbeitet werden. Ultraschall-Zelldesintegratoren sind effizient und zuverlässig, wenn es darum geht, Zellwände oder Membranen von Pflanzenzellen, Säugetierzellen, Zellkulturen, Mikroben, Pilze, Hefen usw. aufzubrechen. Hielscher liefert Ihnen Hochleistungs-Ultraschalldesintegratoren vom kompakten Laborgerät bis hin zum Benchtop- und Industrie-Desintegrator.

Ultraschall-gestützer Zellaufschluss

Zellsuspensionen, die aus Pflanzen-, Säugetier- oder Mikrobenzellen bestehen, erfordern eine effiziente und zuverlässige Technik, die Zellwände bzw. Zellmembranen aufbricht und das intrazelluläre Material für nachfolgende Prozesse oder Analysen verfügbar macht. Ultraschall-Zelldesintegratoren sind mechanische Desintegratoren, die effizient Zellen (z.B. Pflanzen, Blätter, Stängel), Gewebe (z.B. Säugetierzellen, Muskel, Leber, Herz) und Mikroorganismen (z.B. Bakterien, Schimmelpilze, Aktinomyceten, Mikro- und Makroalgen, Hefen) aufbrechen. Die Ultraschalldesintegration ist eine rein mechanische Methode des Zellaufschlusses, wodurch die Beschallung bei der Lyse von Zellen sehr effizient und zuverlässig ist. Deshalb werden Ultraschall-Zellaufschlussgeräte auch als Ultraschalldesintegratoren oder Zelllysegeräte bezeichnet.

Wie Funktioniert ein mechanischer Desintegrator?

Ultraschall-Labordesintegratoren verwenden das gleiche mechanische Prinzip wie industrielle Desintegratoren. Desintegrator-Mischsysteme zerkleinern Zellen, lösen Feststoffe auf oder dispergieren Feststoffpartikel in flüssigen Gemischen. Die Ultraschallzerkleinerung erfolgt mit einer High-Intensity-Ultraschallsonotrode in einem Tank oder in einem Inline-Durchflusszellenreaktor. Die Ultraschallsonotrode des Desintegrators schwingt in der Flüssigkeit mit einer sehr hohen Frequenz und erzeugt intensive Ultraschallkavitation in der Flüssigkeit. Die Implosionen der Kavitationsblasen führen zu starken Scherkräften, wodurch Zellen, Fasern, Agglomerate und sogar Feststoffpartikel aufgebrochen und zerkleinert werden. Außerdem erzeugt die Ultraschallkavitation Hochgeschwindigkeits-Kavitationsströmungen mit bis zu 1000km/h. Die kavitativen Flüssigkeitsstrahlen treffen auf Partikelagglomerate, brechen Zellwände auf, verbessern den Materialtransfer innerhalb der Slurry und dispergieren Feststoffe im gesamten Flüssigkeitsvolumen. Im Bereich der Ultraschall-Kavitation wechseln die Drücke schnell und wiederholt zwischen Vakuum und bis zu 1000 bar. Ein Rotationsmischer mit 4 Mischerflügeln müsste mit einer erstaunlichen Drehzahl von 300.000 U/min arbeiten, um die gleiche Frequenz der Druckwechselzyklen zu erreichen. Herkömmliche Rotationsmischer und Rotor-Stator-Mischer erzeugen aufgrund ihrer Geschwindigkeitsbegrenzung keine nennenswerte Kavitation.

Zelldesintegratoren

Ultraschalldesintegratoren sind für ihre Effektivität bei dem Zellaufschluss von Pflanzenmaterial und Gewebe bekannt. Die Ultraschall-Kavitation ist äußerst wirksam, wenn es darum geht, Pflanzenmaterial oder Gewebe in kleinere Fragmente zu zerbrechen und Zellen zu lysieren. Darüber hinaus wird Ultraschallkavitation für die Fibrillierung von Fasern oder zur Gewinnung von Pflanzenextrakten eingesetzt. Die Beschallung von Zellen in frischem oder getrocknetem Zellmaterial kann sehr selektiv sein und die Auswahl des Lösungsmittels ist ein relevanter Faktor für die Desintegration. Ultraschalldesintegratoren sind mit fast jedem Lösungsmittel kompatibel. Der schnell wechselnde Flüssigkeitsdruck drückt die Flüssigkeit während des Hochdruckzyklus durch die Zellmembran und extrahiert die Flüssigkeit während des Niederdruckzyklus (Vakuum) aus der Zelle. Dies geschieht mehr als 20.000 Mal pro Sekunde. Der alternierende Kavitationsstress schwächt die Zellstrukturen und lässt die Zellen schließlich in kleinere Fragmente zerplatzen, was zu einem schnellen und effektiven Zellaufschluss führt. Seine Wirksamkeit macht die Beschallung zu einer Desintegration-intensivierenden Technologie.

Labor-Desintegratoren

Ultraschallgeräte mit Sonotrode (Ultraschallstab) sind ein den meisten Laboren ein etabliertes Werkzeug, welches zur Probenvorbereitung genutzt wird. Eine Ultraschallsonotrode ist ein Titanstab, der Ultraschallschwingungen in eine Flüssigkeit einkoppelt. Hielscher stellt Ultraschallsonotrodenden und -spitzen mit verschiedenen Größen und Geometrien her. Für die Zerkleinerung von Feststoffen im Labor werden vor allem Ultraschallsonotroden mit 3, 7, 14 oder 22 mm Spitzendurchmesser genutzt. Andere Größen und kundenspezifisch gefertigte Ultraschallsonotroden sind auf Anfrage erhältlich. Labor-Ultraschallgeräte sind mit 50 bis 400 Watt Ultraschallleistung erhältlich.

Industrielle Desintegratoren

Industrielle Desintegratoren von Hielscher sind Hochleistungs-Ultraschallgeräte, welche für die kontinuierliche Zerkleinerung bei hoher Last ausgelegt sind. Industrielle Ultraschallsonotroden werden mit einem Flansch geliefert, der an Stahltanks, Glasbehältern oder Kunststoffbehältern in beliebiger Ausrichtung montiert werden kann. Typische industrielle Ultraschallgeräte für die Desintegration reichen von 1000 bis 16.000 Watt Ultraschallleistung pro Sonotrode.

So finden Sie den besten Hochleistungs-Ultraschalldesintegrator

Hielscher Ultrasonics ist ein langjährig erfahrener Hersteller von Hochleistungs-Ultraschalldesintegratoren. Als Marktführer entwickelt, fertigt und vertreibt Hielscher Ultraschallhomogenisatoren vom Labor- und Benchtopgerät bis hin zu vollindustriellen Sytemen.

Wir helfen Ihnen bei der Beantwortung der folgenden Fragen, um den für Ihre Anwendung und Bedürfnisse am besten geeigneten Ultraschalldesintegrator zu finden:

• Was ist Ihre Zielanwendung?
• Wie groß ist das typische Volumen, das verarbeitet werden muss?
• Was sind die kritischen Faktoren des Prozesses?
• Welche Qualitätsstandards müssen erreicht werden?

Unsere gut ausgebildeten und langjährig erfahrenen Mitarbeiter unterstützen Sie bei allen Fragen und der Konzeption Ihres Prozesses. Hielscher Ultrasonics bietet eine eingehende Beratung zu Ultraschallprozessen an, um seinen Kunden bei der Suche nach dem optimalen Ultraschallgerät zu helfen. Aber Hielscher's Service endet hier nicht, wir schulen unsere Kunden entweder bei ihnen vor Ort oder in unserem Ultraschall-Prozesslabor und Technikum, um sie bei der Prozessentwicklung, der Optimierung und dem Scale-up zu unterstützen.
Hielscher Ultrasonics‘ industrielle Ultraschallprozessoren liefern problemlos sehr hohe Amplituden, welche vor allem für den Aufschluss steifer, harter Zellwände erforderlich sind. Industrielle Desintegratoren von Hielscher können mit Amplituden von bis zu 200µm kontinuierlich im 24/7 Betrieb betrieben werden. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschall-Sonotroden erhältlich. Eine große AUswahl an Zubehör wie z.B. Booster-Hörner, Durchflusszellen, Beschallungsreaktoren und komplette Rezirkulationseinrichtungen sind ebenfalls erhältlich und erlauben es, Ihr Ultraschallsystem spezifisch auf Ihre Prozessanforderungen hin zu konfigurieren.

Intelligente Zelldesintegratoren

Hielscher Ultrasonics' Fokus liegt auf Hochleistungs-Desintegratoren mit höchster Benutzerfreundlichkeit und modernsten technischen Fortschritten. Das bedeutet, dass sich auch die Standards der Hielscher-Labordesintegratoren weitgehend an die Intelligenz von Industriemaschinen angepasst haben. Der Anwender kann die digitalen Ultraschallgeräte von Hielscher über eine Browser Remote Control ansteuern. Die automatische Datenaufzeichnungssoftware schreibt alle wichtigen Ultraschallparameter wie Nettoleistung, Gesamtleistung, Amplitude, Temperatur, Druck, Zeit und Datum als CSV-Datei auf eine eingebaute SD-Karte. Darüber hinaus kann der Ultraschalldesintegrator so programmiert werden, dass er sich nach einer bestimmten Zeit oder Energiezufuhr automatisch abschaltet oder im pulsierenden Beschallungsmodus arbeitet. Steckbare Temperatur- und Drucksensoren ermöglichen eine genaue Verfolgung der Probenbedingungen. Da die Temperierung von biologischen Proben oft ein entscheidender Faktor für die Qualität der Prozessergebnisse ist, bietet Hielscher verschiedene Lösungen an, um die Prozesstemperatur im angestrebten Temperaturbereich zu halten.
Die ausgeklügelten Funktionen der Hielscher Ultraschallgeräte gewährleisten höchste Prozesskontrolle, zuverlässige und reproduzierbare Beschallungsergebnisse, Benutzerfreundlichkeit und Arbeitskomfort.

Qualität – Made in Germany

Als familiengeführtes Unternehmen ist Hielscher stolz auf die hohe Qualität seiner Ultraschallprozessoren. Alle Ultraschallgeräte werden in unserem Hauptsitz in Teltow bei Berlin konstruiert, gefertigt und geprüft. Die Robustheit der Ultraschallgeräte von Hielscher ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.

Sie können Hielscher Ultraschalldesintegratoren in unterschiedlichen Größen vom Laborgerät bis hin zum Industriesystem kaufen. Vom Zellaufschluss in kleinen Cryo-Vials für die medizinische Forschung bis hin zum kontinuierlichen Aufschluss von Slurries - Hielscher Ultrasonics hat den passenden Zelldesintegrator für Sie! Bitte kontaktieren Sie uns – wir empfehlen Ihnen gerne das am besten für Sie geeignete Ultraschallgerät!
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren: