Desintegración de células por ultrasonidos

La ultrasonicación es un medio eficaz para desintegrar las estructuras celulares. Por ello, los sonicadores se utilizan mucho en los laboratorios para romper células abiertas, extraer moléculas intracelulares, proteínas y orgánulos para investigación y análisis. A escala industrial, la desintegración y lisis por ultrasonidos se utiliza para aislar moléculas de las fábricas celulares o para favorecer la digestión de la biomasa.

¿Qué es la desintegración ultrasónica?

Sonicador tipo sonda para desintegración y lisis celularLa desintegración ultrasónica, también conocida como homogeneización ultrasónica, es un proceso que utiliza ondas ultrasónicas de alta intensidad y baja frecuencia para romper las paredes celulares y alterar las estructuras moleculares en un medio líquido. Esta técnica se utiliza habitualmente en diversas aplicaciones científicas e industriales con varios fines:

Disrupción celular: La desintegración ultrasónica se utiliza ampliamente en biología celular y molecular para desintegrar las membranas celulares, liberando contenidos celulares como proteínas, ácidos nucleicos y orgánulos. Esto resulta útil para extraer componentes intracelulares para su análisis o para lisar células en procesos de microbiología y biotecnología.

  • Homogeneización: Ayuda a mezclar uniformemente los componentes de una muestra, sobre todo cuando se trata de líquidos inmiscibles o cuando se intenta conseguir una mezcla homogénea de materiales.
  • Extracción de proteínas: En biología, proteómica y ciencias de la vida, el análisis de proteínas es una tarea muy habitual. Antes de que las proteínas puedan analizarse en ensayos, deben extraerse del interior celular y aislarse. Los sonicadores son el método más utilizado para la extracción de proteínas.
  • Fragmentación del ADN: El ADN y el ARN son tipos distintos de ácidos nucleicos que almacenan y codifican la información genética en las células. Cuando se analizan el ADN y el ARN, a veces hay que fragmentar las hebras largas, un proceso que puede realizarse de forma fiable y eficaz mediante sonicación.
  • Preparación de la muestra: En investigación y análisis, la preparación de muestras es un procedimiento habitual previo a diversas técnicas analíticas. La desintegración ultrasónica puede ayudar a disolver o dispersar las muestras, lo que puede mejorar la precisión y la reproducibilidad de los análisis.

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El sonicador tipo sonda UP200St equipado con sonotrodo S26d2 se utiliza para sonificar un vial

Sonda sonicadora UP200St para la desintegración, disrupción y extracción celular

Ventajas de la desintegración ultrasónica

¿Por qué utilizar un sonicador tipo sonda para la desintegración, la disrupción celular y la extracción de moléculas y proteínas intracelulares? Un sonicador o desintegrador ultrasónico ofrece numerosas ventajas que hacen de la sonicación la tecnología superior en comparación con otros métodos de desintegración, como la homogeneización a alta presión, la molienda por bolas o la microfluidización.

  • No térmico: La desintegración por ultrasonidos es un método no térmico, lo que significa que no depende del calor para descomponer los materiales. Esto es ventajoso para aplicaciones en las que las altas temperaturas podrían degradar muestras sensibles al calor.
  • Preciso y controlado: El proceso puede controlarse con gran precisión, lo que permite una disgregación, mezcla o reducción del tamaño de las partículas específicas.
  • Rápido y eficaz: La ultrasonicación suele ser un método rápido y eficaz, por lo que resulta adecuado para aplicaciones de alto rendimiento.
  • Reducción del uso de productos químicos: En muchos casos, la desintegración ultrasónica puede reducir la necesidad de utilizar productos químicos agresivos o disolventes orgánicos, lo que puede ser respetuoso con el medio ambiente y reducir el riesgo de contaminación química.
  • Sin medios de fresado, sin boquillas: Las técnicas de desintegración alternativas, como la molienda por bolas/perlas o los homogeneizadores de alta presión, presentan desventajas. La molienda por bolas/perlas requiere el uso de medios de molienda (perlas o perlas), que deben separarse y limpiarse laboriosamente. Los homogeneizadores de alta presión tienen boquillas propensas a atascarse. En cambio, los homogeneizadores ultrasónicos son fáciles de usar, muy fiables y robustos, y requieren muy poco mantenimiento.
  • Versatilidad: Puede aplicarse a una amplia gama de materiales, como bacterias, células vegetales, tejidos de mamíferos, algas, hongos, etc., lo que la convierte en una técnica versátil en diversos campos.
    Escalabilidad: La técnica ultrasónica puede ampliarse para procesos industriales, por lo que es adecuada tanto para aplicaciones de laboratorio como de producción a gran escala.

Principio de funcionamiento de la desintegración y disrupción celular por ultrasonidos

El desmembrador ultrasónico UP200St, un potente sonicador tipo sonda de 200 vatios, se utiliza para la desintegración y disrupción celularLa ultrasonicación genera ondas alternas de alta y baja presión en el líquido expuesto. Durante el ciclo de baja presión, las ondas ultrasónicas crean pequeñas burbujas de vacío en el líquido que se colapsan violentamente durante un ciclo de alta presión. Este fenómeno se denomina cavitación. La implosión de la burbuja de cavitación provoca fuertes fuerzas hidrodinámicas de cizallamiento que causan primero la sonoporación y después la disrupción eficaz de las estructuras celulares. Las moléculas intracelulares y los orgánulos se liberan completamente en el disolvente.

Ruptura de estructuras celulares mediante ultrasonidos

Las fuerzas de cizallamiento pueden desintegrar el material fibroso y celulósico en partículas finas y romper las paredes de la estructura celular. Esto libera más material intracelular, como almidón o azúcar, en el líquido. Además, el material de la pared celular se rompe en pequeños restos.

Estos efectos pueden utilizarse en procesos de fermentación, digestión y otros procesos de conversión de materia orgánica. Después de romper las estructuras celulares, los ultrasonidos permiten aprovechar más eficientemente el material intracelular, puesto que, por ejemplo, el almidón y los restos de la pared celular están más disponibles para la acción de las enzimas que hidrolizan el almidón. Los ultrasonidos también aumentan la superficie de interacción para las enzimas durante los procesos de licuefacción o sacarificación, lo que, a su vez, incrementa la velocidad y el rendimiento de la fermentación por levaduras y otros procesos de conversión, la producción de etanol a partir de biomasa.

Utilizar la desintegración ultrasónica – Fiabilidad y eficacia a cualquier escala

Los sonicadores Hielscher están disponibles con diferentes potencias y capacidades de procesamiento. Tanto si desea sonicar pequeñas muestras biológicas de unos pocos microlitros a unos pocos litros como si necesita procesar grandes flujos celulares o de biomasa para la producción, Hielscher Ultrasonics le ofrecerá el desmembrador ultrasónico más adecuado para su aplicación biológica.

 

Este tutorial explica qué tipo de sonicador es el mejor para sus tareas de preparación de muestras como lisis, disrupción celular, aislamiento de proteínas, fragmentación de ADN y ARN en laboratorios, análisis e investigación. Elija el tipo de sonicador ideal para su aplicación, volumen de muestra, número de muestras y rendimiento. Hielscher Ultrasonics tiene el homogeneizador ultrasónico ideal para usted.

Cómo encontrar el sonicador perfecto para la disrupción celular y la extracción de proteínas en ciencia y análisis

Vídeo en miniatura

 

La tabla siguiente le ofrece una indicación de la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros ultrasonicadores de tamaño laboratorio:

Dispositivos recomendados Volumen del lote Tasa de flujo
UIP400MTP Sonicador de placas de 96 pocillos placas multipocillo / microtituladoras n.a.
CupHorn ultrasónico CupHorn para viales o vaso de precipitados n.a.
GDmini2 reactor ultrasónico de microflujo n.a.
VialTweeter 0,5 a 1,5 mL n.a.
UP100H 1 a 500 mL 10 a 200 mL/min.
UP200Ht, UP200St De 10 a 1000 ml 20 a 200mL/min
UP400St 10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min.
tamizadora ultrasónica n.a. n.a.

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Este clip de vídeo muestra el homogeneizador ultrasónico UP100H de Hielscher, un ultrasonicador muy utilizado para la preparación de muestras en laboratorios.

Homogeneizador ultrasónico UP100H

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La tabla siguiente le ofrece una indicación de la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros ultrasonidos industriales:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
De 200 ml a 5 litros 0De 0,05 a 1 l/min UIP500hdT
De 1 a 10 litros 0.1 a 2L/min UIP1000hdT
De 5 a 20 litros 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
15 a 150L De 3 a 15 l/min UIP6000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000
Homogeneizador ultrasónico UP400St para la preparación de muestras en biología, microbiología y ciencias de la vida

Homogeneizador ultrasónico UP400St para solubilización celular, lisis y extracción de proteínas



Literatura / Referencias

Cabezal de ultrasonidos para la sonicación uniforme e intensa de hasta 5 tubos cerrados y viales para una homogeneización uniforme y rápida de muestras estériles.

CupHorn ultrasónico para la sonicación intensa de tubos cerrados y viales para la homogeneización estéril de muestras.


Ultrasonidos de alto rendimiento La gama de productos Hielscher cubre todo el espectro, desde el ultrasonicador compacto de laboratorio, pasando por las unidades de sobremesa, hasta los sistemas de ultrasonidos totalmente industriales.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento de laboratorio a tamaño industrial.


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