انجام ماهرانهٔ کارهای آزمایشگاهی با هموژنایزر فراصوتی
سونیکاتورها ابزارهای ضروری آزمایشگاهی هستند که برای طیف گسترده‌ای از کاربردها، مانند همگن‌سازی و اختلاط، استخراج، پراکنده‌سازی، امولسیون‌سازی، انحلال، تخریب سلولی، قطعه‌قطعه‌سازی DNA و واکنش‌های سونوشیمیایی به کار می‌روند. معمولاً برای انجام این کارهای متداول در فعالیت‌های روزمرهٔ آزمایشگاهی از سونیکاتورهای پروبی استفاده می‌شود. برای نمونه‌های آزمایشگاهی که آلودگی متقاطع یا اتلاف نمونه در آن‌ها از عوامل محدودکننده است، سونیکاتورهای غیرتماسی Hielscher راهکار منتخب برای آماده‌سازی فراصوتی نمونه‌ها هستند.
سونیکاتورهای پروبی و سونیکاتورهای غیرتماسی
سونیکاتور پروبی امواج فراصوت شدید را – که در نوک سونوتْرود یا پروب متمرکز شده‌اند – به محیط اعمال می‌کند. استفاده از ظرف باز یا بسته، فرآوری فراصوتی ساده و درعین‌حال قابل‌اعتماد محیط‌های مایع را امکان‌پذیر می‌سازد. نصب سونوتْرود روی سلول جریان، فراصوت‌دهی پیوستهٔ جریان مایع را ممکن می‌کند. چنین آرایش جریان‌گذری، روشی پیشرفته برای فرآوری فراصوتی حجم‌های بزرگ‌تر یا مایعات گران‌رو و خمیرها است.
با استفاده از سونیکاتورهای غیرتماسی مانند VialTweeter، سونیکاتور پلیت چندچاهکی UIP400MTP، دستگاه CupHorn و راکتور جریان GDmini2، می‌توان نمونه‌ها را بدون لمس / بدون تماس فرآوری کرد – و از آلودگی متقاطع و اتلاف نمونه جلوگیری کرد. یکی دیگر از مزایای سونیکاتورهای غیرتماسی Hielscher، ظرفیت بالای پردازش نمونه‌ها در مرحلهٔ آماده‌سازی است.
فراصوت‌دهی به معنای اعمال فراصوت پرتوان از طریق پروب فراصوتی برای به‌حرکت‌درآوردن و دست‌کاری ذرات در نمونه است. دستگاه‌های فراصوت به‌طور گسترده در پژوهش‌های دانشگاهی، آزمایشگاه‌های آنالیز و علوم جنایی، مراکز بالینی و واحدهای تولیدی استفاده می‌شوند؛ در این مراکز، فراصوت‌دهی برای همگن‌سازی و اختلاط سوسپانسیون‌های مایع–مایع یا مایع–جامد، استخراج مواد زیست‌فعال و ترکیبات سلولی، متلاشی‌کردن سلول‌ها، باکتری‌ها و بافت، حل‌کردن پودرها، جداکردن زیست‌لایه‌ها یا آغاز واکنش‌های شیمیایی به کار می‌رود.
ازآنجاکه حوزهٔ کاربرد سونیکاتورها بسیار گسترده است، اغلب آن‌ها را بر اساس کار مشخصی که انجام می‌دهند نام‌گذاری می‌کنند. به همین دلیل، دستگاه‌های فراصوت را با نام‌های گوناگونی مانند موارد زیر می‌توان یافت:
- هموژنایزر فراصوتی:
هموژنایزرهای فراصوتی برای مخلوط‌کردن و آمیختن دو یا چند فاز و تبدیل آن‌ها به سوسپانسیونی یکنواخت استفاده می‌شوند. سونیکاتورهای پروبی، به‌عنوان جایگزینی قدرتمند برای هموژنایزرهای فشار بالا، مخلوط‌کن‌های تیغه‌ای و میکروفلویدایزرها، با توانایی استثنایی خود در تولید نانوپراکنه‌ها و نانوامولسیون‌ها متمایز می‌شوند. - پراکنده‌ساز فراصوتی:
پراکنده‌سازهای فراصوتی از امواج صوتی با فرکانس بالا برای خردکردن ذرات به اندازه‌های کوچک‌تر و توزیع یکنواخت آن‌ها در مایع استفاده می‌کنند. این فرآیند به‌ویژه برای ایجاد سوسپانسیون‌های پایدار ذرات جامد در مایعات، مانند پراکنده‌سازی رنگ‌دانه‌ها در جوهرها یا ذرات در دوغاب‌ها، مفید است. - امولسیون‌ساز فراصوتی:
امولسیون‌سازهای فراصوتی از امواج فراصوت برای ایجاد امولسیون‌های ریز با مخلوط‌کردن دو مایع امتزاج‌ناپذیر، مانند روغن و آب، استفاده می‌کنند. امواج صوتی با شدت بالا حباب‌های کاویتاسیون ایجاد می‌کنند که با فروپاشی به درون، نیروهای برشی شدیدی به وجود می‌آورند؛ این نیروها قطره‌ها را خرد کرده و امولسیون‌هایی در ابعاد نانو ایجاد می‌کنند و آن‌ها را پایدار و یکنواخت می‌سازند. - خردکن سلولی فراصوتی:
این دستگاه‌ها که با نام تخریب‌کننده‌های سلولی یا لیزکننده‌های فراصوتی نیز شناخته می‌شوند، از انرژی فراصوت برای شکافتن غشاهای سلولی و آزادسازی محتویات درون‌سلولی استفاده می‌کنند. این فرآیند در کاربردهای زیستی و زیست‌شیمیایی برای استخراج پروتئین‌ها، DNA و سایر اجزای سلولی ضروری است. - استخراج‌کنندهٔ فراصوتی:
استخراج‌کننده‌های فراصوتی با اعمال امواج فراصوت، ساختار مواد گیاهی را تخریب می‌کنند و استخراج ترکیبات زیست‌فعال، مانند اسانس‌ها، فلاونوئیدها یا سایر مواد شیمیایی گیاهی را بهبود می‌بخشند. اثر کاویتاسیون، نفوذ حلال و انتقال جرم را بهبود می‌دهد و در نتیجه استخراج کارآمدتری حاصل می‌شود. - حل‌کنندهٔ فراصوتی:
حل‌کننده‌های فراصوتی از انرژی فراصوت برای حل‌کردن سریع و کارآمد جامدات در مایعات استفاده می‌کنند. این روش برای تهیهٔ محلول‌ها یا سوسپانسیون‌هایی مفید است که در آن‌ها مادهٔ حل‌شونده باید به‌سرعت و به‌طور یکنواخت پراکنده شود؛ برای مثال در فرآورده‌های دارویی یا فرمولاسیون‌های شیمیایی. - مخلوط‌کن فراصوتی:
مخلوط‌کن‌های فراصوتی از امواج فراصوت با شدت بالا برای مخلوط‌کردن مایعات و دوغاب‌ها استفاده می‌کنند و یکنواختی ترکیب را تضمین می‌کنند. این فرآیند اختلاط برای دامنهٔ گسترده‌ای از گران‌روی‌ها قابل‌استفاده است و به‌ویژه در همگن‌سازی محصولاتی مؤثر است که اختلاط آن‌ها با روش‌های متداول دشوار است، مانند خمیرهای سیمان یا مستربچ‌های دارای مقدار زیاد مواد جامد. - همزن فراصوتی:
همزن‌های فراصوتی از انرژی فراصوت برای هم‌زدن یا به‌حرکت‌درآوردن مایعات استفاده می‌کنند و اختلاط یکنواخت را بهبود می‌بخشند و از ته‌نشینی جلوگیری می‌کنند. این روش در صنایع مختلف برای حفظ یکنواختی محلول‌ها، سوسپانسیون‌ها یا پراکنه‌ها در طول زمان مفید است.
فراصوت‌دهی پلیت‌های چندچاهکی و پتری‌دیش‌ها
پلیت‌های چندچاهکی و پتری‌دیش‌ها از ظروف متداول آزمایشگاهی هستند. پلیت‌های چندچاهکی، که با نام میکروپلیت یا پلیت میکروچاهکی نیز شناخته می‌شوند، صفحاتی تخت با چندین «چاهک» هستند که به‌عنوان لوله‌های آزمایش کوچک استفاده می‌شوند. این پلیت‌ها در آرایش‌های مختلف، معمولاً با 6، 12، 24، 48، 96، 384 یا 1536 چاهک، عرضه می‌شوند و غربالگری و آزمون با ظرفیت پردازش بالا را امکان‌پذیر می‌سازند.
پتری‌دیش‌ها، از سوی دیگر، ظروفی کم‌عمق، استوانه‌ای و دردار هستند که معمولاً از شیشه یا پلاستیک ساخته می‌شوند. آن‌ها سطحی تخت برای کشت میکروارگانیسم‌ها فراهم می‌کنند.
طراحی خاص هر دو نوع ظرف نمونه، هنگامی که قرار است فراصوت‌دهی به‌عنوان مرحله‌ای از فرآوری انجام شود، چالش‌هایی ایجاد می‌کند. Hielscher با سونیکاتور پلیت UIP400MTP، سونیکاتوری قدرتمند ارائه می‌دهد که قابلیت کار با هر نوع پلیت چندچاهکی، میکروپلیت و پتری‌دیش استاندارد را دارد.
دربارهٔ UIP400MTP به‌عنوان سونیکاتوری قدرتمند برای آماده‌سازی نمونه در پلیت‌های 96 چاهکی و پتری‌دیش‌ها بیشتر بدانید!
جدول زیر نمایی کلی از دستگاه‌های فراصوت پروبی و غیرتماسی ما برای کاربردهای متداول آزمایشگاهی ارائه می‌دهد:
| دستگاه‌های پیشنهادی | حجم بچ | دبی |
|---|---|---|
| سونیکاتور پلیت 96 چاهکی UIP400MTP | پلیت‌های چندچاهکی / میکروتیتر | قابل‌اعمال نیست |
| CupHorn فراصوتی | CupHorn برای ویال‌ها یا بشر | قابل‌اعمال نیست |
| GDmini2 | راکتور میکروجریان فراصوتی | قابل‌اعمال نیست |
| VialTweeter | 0٫5 تا 1٫5mL | قابل‌اعمال نیست |
| UP100H | 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min |
| UP200Ht, UP200St | 10 تا 1000mL | 20 تا 200mL/min |
| UP400St | 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min |
| UIP500hdT | 100 تا 5000mL | 0٫1 تا 4L/min |
| شیکر الک فراصوتی | قابل‌اعمال نیست | قابل‌اعمال نیست |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
پرسش‌های متداول
چگونه از سونیکاتور آزمایشگاهی استفاده کنیم؟
سونیکاتور آزمایشگاهی ابزاری است که برای اعمال انرژی فراصوت و به‌حرکت‌درآوردن ذرات در نمونه، اغلب با هدف همگن‌سازی، امولسیون‌سازی، پراکنده‌سازی نانوذرات یا تخریب سلول‌ها، استفاده می‌شود. برای استفاده از سونیکاتور آزمایشگاهی، ابتدا باید نمونهٔ خود را در ظرفی مناسب آماده کنید. اگر از سونیکاتور پروبی استفاده می‌کنید، پروب را در نمونه فرو ببرید و مطمئن شوید که با دیواره‌ها یا کف ظرف تماس ندارد. تنظیمات سونیکاتور، مانند دامنه، نرخ پالس و مدت‌زمان را بر اساس نیازهای خاص کاربرد خود تنظیم کنید. برای سونیکاتور غیرتماسی، ظرف نمونه را طبق دستورالعمل دفترچهٔ راهنما در نگهدارنده قرار دهید تا امواج فراصوت به بهترین شکل منتقل شوند. سونیکاتور را روشن کنید و فرآیند را زیر نظر بگیرید و در صورت نیاز، پارامترها را برای دستیابی به اثر مطلوب تنظیم کنید. همواره از تجهیزات حفاظتی مناسب، مانند محافظ شنوایی، استفاده کنید.
سونیکاتورها چه کاربردهایی در آزمایشگاه‌ها دارند؟
فراصوت‌دهی کاربردهای متعددی در آزمایشگاه‌های حوزه‌های مختلف دارد. این روش معمولاً برای تخریب و لیز سلولی استفاده می‌شود و استخراج اجزای درون‌سلولی مانند DNA، RNA و پروتئین‌ها را امکان‌پذیر می‌سازد. همچنین در تهیهٔ امولسیون‌ها و پراکنه‌ها به کار می‌رود و اختلاط مایعات امتزاج‌ناپذیر یا توزیع نانوذرات در محیط را بهبود می‌بخشد. سونیکاتورها در سنتز نانوذرات ارزشمند هستند و به کاهش اندازهٔ ذرات و جلوگیری از کلوخه‌شدن کمک می‌کنند. افزون بر این، فراصوت‌دهی برای گاززدایی مایعات و حذف گازهای محلولی استفاده می‌شود که می‌توانند در برخی روش‌های آنالیز اختلال ایجاد کنند.
دربارهٔ اینکه فراصوت‌دهی چگونه می‌تواند لیز سلولی مبتنی بر لیزوزیم را تقویت کند، بیشتر بخوانید!
تفاوت سونیکاتور پروبی و حمام فراصوت چیست؟
تفاوت اصلی سونیکاتور پروبی و حمام فراصوت در طراحی و کاربرد آن‌ها است. سونیکاتور پروبی از پروبی تیتانیومی استفاده می‌کند که مستقیماً با نمونه تماس دارد و انرژی فراصوت شدید را به ناحیه‌ای موضعی منتقل می‌کند. این اعمال مستقیم برای حجم‌های کوچک تا بزرگ ایدئال است و کنترل دقیقی بر فرآیند فراصوت‌دهی فراهم می‌کند. در مقابل، حمام فراصوت امواج فراصوت را از طریق محیط مایعی منتقل می‌کند که ظرف نمونه در آن قرار دارد. این فراصوت‌دهی غیرمستقیم ضعیف و غیریکنواخت است و بنابراین معمولاً برای تمیزکاری یا گاززدایی استفاده می‌شود.
فراصوت‌دهی غیرمستقیم در شرایط شدید و یکنواخت را می‌توان با استفاده از سونیکاتورهای غیرتماسی مانند VialTweeter، سونیکاتور پلیت چندچاهکی UIP400MTP یا راکتور جریان GDmini2 انجام داد. این سونیکاتورهای پرتوان با ظرفیت بالای پردازش نمونه‌ها، فراصوت‌دهی نمونه‌ها را با کنترل دقیق امکان‌پذیر می‌کنند و ازاین‌رو برای پژوهش و تشخیص مناسب هستند.
فراصوت‌دهی چه کاربردهایی در HPLC دارد؟
آماده‌سازی فراصوتی نمونه با استفاده از کاویتاسیون آکوستیکی برای تخریب ماتریس‌های نمونه و تسریع انتقال آنالیت‌ها به حلال استخراج، آنالیز HPLC را بهبود می‌بخشد. این روش کارایی استخراج را بهبود می‌دهد، بازیابی آنالیت را افزایش می‌دهد و زمان آماده‌سازی نمونه را کاهش می‌دهد و در نتیجه آنالیز کروماتوگرافی حساس‌تر و تکرارپذیرتری را امکان‌پذیر می‌سازد. دربارهٔ آماده‌سازی فراصوتی نمونه برای HPLC بیشتر بخوانید!
در کروماتوگرافی مایع با کارایی بالا (HPLC)، فراصوت‌دهی اصلاح و عامل‌دارکردن نانوذرات، مانند میکروکره‌های سیلیکا یا زیرکونیا، را امکان‌پذیر می‌سازد. فراصوت‌دهی روشی بسیار مؤثر برای سنتز ذرات سیلیکای هسته–پوسته است که به‌ویژه برای ستون‌های HPLC مفید هستند. بیشتر بخوانید!
افزون بر این، فراصوت‌دهی برای آماده‌سازی نمونه استفاده می‌شود. این روش اختلاط کامل و انحلال آنالیت‌ها و معرف‌ها را تضمین می‌کند که برای دستیابی به نتایج کروماتوگرافی دقیق و تکرارپذیر ضروری است. فراصوت‌دهی به گاززدایی حلال‌ها کمک می‌کند و گازهای محلولی را حذف می‌کند که می‌توانند حباب تشکیل دهند و در جریان و آشکارسازی در سامانه‌های HPLC اختلال ایجاد کنند. همچنین، فراصوت‌دهی برای تمیزکردن اجزای HPLC، مانند ستون‌ها و قطعات انژکتور، استفاده می‌شود و حذف مؤثر هرگونه آلاینده یا باقی‌مانده را تضمین می‌کند.
سونیکاتور چگونه در زیست‌فناوری و علوم زیستی استفاده می‌شود؟
در زیست‌فناوری و علوم زیستی، دستگاه‌های فراصوت ابزارهایی ضروری برای کاربردهای گوناگون هستند. آن‌ها به‌طور گسترده برای لیز سلولی و استخراج مواد درون‌سلولی استفاده می‌شوند؛ کاری که برای مطالعات زیست‌شناسی مولکولی مرتبط با اسیدهای نوکلئیک و پروتئین‌ها ضروری است. فراصوت‌دهی برای قطعه‌قطعه‌سازی DNA، RNA و کروماتین به‌منظور توالی‌یابی و سایر آنالیزهای ژنتیکی به کار می‌رود و مطالعهٔ مواد ژنتیکی را در مقیاسی ظریف‌تر امکان‌پذیر می‌سازد. علاوه بر این، سونیکاتورها در تهیهٔ لیپوزوم‌ها و سایر سامانه‌های دارورسانی مبتنی بر نانوذرات استفاده می‌شوند و اثربخشی و هدف‌گیری عوامل درمانی را بهبود می‌بخشند.
سونیکاتور پلیت چندچاهکی UIP400MTP برای کوچک‌مقیاس‌سازی سنجش‌ها و ادغام در اتوماسیون آزمایشگاهی استفاده می‌شود – و گردش‌کارهای روان با ظرفیت پردازش بالا را امکان‌پذیر می‌سازد. دربارهٔ سونیکاتور میکروپلیت UIP400MTP برای گردش‌کارهای با ظرفیت پردازش بالا (HT) بیشتر بخوانید!
منابع علمی / مراجع
- Ultrasonic Homogenizers for Efficient Sample Preparation – Hielscher Ultrasonics
- Guidelines for Autoclaving Ultrasonic Sonotrodes and Flow Cells – HielscherUltrasonic
- I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki, I. Arabatzis (2012): Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline TiO2 suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films. Applied Catalysis A: General, Volumes 411–412, 2012. 60-69.
- Jorge S., Pereira K., López-Fernández H., LaFramboise W., Dhir R., Fernández-Lodeiro J., Lodeiro C., Santos H.M., Capelo-Martínez J.L. (2020): Ultrasonic-assisted extraction and digestion of proteins from solid biopsies followed by peptide sequential extraction hyphenated to MALDI-based profiling holds the promise of distinguishing renal oncocytoma from chromophobe renal cell carcinoma. Talanta, 2020.
- Fernandes, Luz; Santos, Hugo; Nunes-Miranda, J.; Lodeiro, Carlos; Capelo, Jose (2011): Ultrasonic Enhanced Applications in Proteomics Workflows: single probe versus multiprobe. Journal of Integrated OMICS 1, 2011.
- Priego-Capote, Feliciano; Castro, María (2004): Analytical uses of ultrasound – I. Sample preparation. TrAC Trends in Analytical Chemistry 23, 2004. 644-653.
- Welna, Maja; Szymczycha-Madeja, Anna; Pohl, Pawel (2011): Quality of the Trace Element Analysis: Sample Preparation Steps. In: Wide Spectra of Quality Control; InTechOpen 2011.
- Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
Hielscher Ultrasonics هموژنایزرهای فراصوتی با عملکرد بالا را در مقیاس‌هایی از آزمایشگاهی تا صنعتی تولید می‌کند.