Laboratoriotehtävien hallinta ultraäänihomogenisaattorilla
Ultraäänilaitteet ovat keskeisiä laboratoriotyökaluja, joita käytetään monenlaisiin sovelluksiin, kuten homogenointiin ja sekoittamiseen, uuttoon, dispergointiin, emulgointiin, liuottamiseen, solujen hajotukseen, DNA:n fragmentointiin ja sonokemiallisiin reaktioihin. Näihin päivittäisen laboratoriotyön tavallisiin tehtäviin käytetään tyypillisesti anturityyppisiä ultraäänilaitteita. Laboratorionäytteille, joiden käsittelyä ristikontaminaatio tai näytehävikki rajoittaa, Hielscherin kosketuksettomat ultraäänilaitteet ovat ensisijainen ratkaisu näytteiden valmisteluun ultraäänellä.
Anturityyppiset ja kosketuksettomat ultraäänilaitteet
Anturityyppinen ultraäänilaite johtaa väliaineeseen voimakkaita ultraääniaaltoja, jotka kohdistuvat sonotrodin tai anturin kärkeen. Avoimen tai suljetun astian käyttö mahdollistaa nestemäisten väliaineiden yksinkertaisen mutta luotettavan ultraäänikäsittelyn. Sonotrodin asentaminen virtauskennoon mahdollistaa nestevirran jatkuvan ultraäänikäsittelyn. Tällainen läpivirtausjärjestely on edistyksellinen tapa käsitellä suurempia tilavuuksia tai viskooseja nesteitä ja tahnoja ultraäänellä.
Kosketuksettomilla ultraäänilaitteilla, kuten VialTweeter, monikuoppalevyjen ultraäänilaite UIP400MTP, CupHorn ja virtausreaktori GDmini2, näytteitä voidaan käsitellä koskettamatta niitä – näin vältetään ristikontaminaatio ja näytehävikki. Hielscherin kosketuksettomien ultraäänilaitteiden toinen etu on suuri näytteenkäsittelykapasiteetti näytteiden valmistelussa.
Ultraäänikäsittely tarkoittaa tehoultraäänen johtamista ultraäänianturin kautta näytteeseen sen hiukkasten liikuttamiseksi ja muokkaamiseksi. Ultraäänilaitteita käytetään laajasti akateemisessa tutkimuksessa, analyyttisissä ja rikosteknisissä laboratorioissa, kliinisissä yksiköissä ja tuotantolaitoksissa. Näissä ultraäänikäsittelyä käytetään neste–neste- tai neste–kiintoaine-suspensioiden homogenointiin ja sekoittamiseen, bioaktiivisten aineiden ja solujen yhdisteiden uuttoon, solujen, bakteerien ja kudosten hajotukseen, jauheiden liuottamiseen, biofilmien irrottamiseen tai kemiallisten reaktioiden käynnistämiseen.
Koska ultraäänilaitteiden käyttöalue on niin laaja, ne nimetään usein niiden erityistehtävän mukaan. Siksi ultraäänilaitteista käytetään erilaisia nimityksiä, kuten:
- Ultraäänihomogenisaattori:
Ultraäänihomogenisaattoreita käytetään kahden tai useamman faasin sekoittamiseen tasaiseksi suspensioksi. Anturityyppiset ultraäänilaitteet ovat tehokas vaihtoehto korkeapainehomogenisaattoreille, teräsekoittimille ja mikrofluidisaattoreille, ja ne erottuvat poikkeuksellisella kyvyllään tuottaa nanodispersioita ja nanoemulsioita. - Ultraäänidispergaattori:
Ultraäänidispergaattorit käyttävät korkeataajuisia ääniaaltoja hiukkasten hajottamiseen pienemmiksi ja niiden tasaiseen jakautumiseen nesteessä. Tämä prosessi on erityisen hyödyllinen muodostettaessa kiinteistä hiukkasista stabiileja suspensioita nesteisiin, esimerkiksi dispergoitaessa pigmenttejä painoväreihin tai hiukkasia lietteisiin. - Ultraääniemulgaattori:
Ultraääniemulgaattorit käyttävät ultraääniaaltoja hienojakoisten emulsioiden muodostamiseen sekoittamalla kahta toisiinsa sekoittumatonta nestettä, kuten öljyä ja vettä. Voimakkaat ääniaallot synnyttävät kavitaatiokuplia, jotka luhistuvat ja tuottavat voimakkaita leikkausvoimia. Nämä hajottavat pisarat nanokokoisiksi emulsioiksi, mikä tekee niistä stabiileja ja tasalaatuisia. - Ultraäänisolumurskain:
Nämä laitteet, joita kutsutaan myös ultraäänisoluhajottimiksi tai ultraäänilyysilaitteiksi, käyttävät ultraäänienergiaa solukalvojen rikkomiseen ja solunsisäisen sisällön vapauttamiseen. Tämä prosessi on olennainen biologisissa ja biokemiallisissa sovelluksissa proteiinien, DNA:n ja muiden solukomponenttien uuttamiseksi. - Ultraääniuuttolaite:
Ultraääniuuttolaitteet hajottavat kasvimateriaalia ultraääniaalloilla ja tehostavat näin bioaktiivisten yhdisteiden, kuten eteeristen öljyjen, flavonoidien tai muiden fytokemikaalien, uuttoa. Kavitaation vaikutus parantaa liuottimen tunkeutumista ja aineensiirtoa, mikä tehostaa uuttoa. - Ultraääniliuotuslaite:
Ultraääniliuotuslaitteet käyttävät ultraäänienergiaa kiinteiden aineiden liuottamiseen nesteisiin nopeasti ja tehokkaasti. Tämä on hyödyllistä valmistettaessa liuoksia tai suspensioita, joissa liuotettavan aineen on dispergoiduttava tasaisesti ja nopeasti, esimerkiksi lääkevalmisteissa tai kemiallisissa formulaatioissa. - Ultraäänisekoitin:
Ultraäänisekoittimet käyttävät voimakkaita ultraääniaaltoja nesteiden ja lietteiden sekoittamiseen ja varmistavat tasaisen koostumuksen. Tämä sekoitusprosessi soveltuu laajalle viskositeettialueelle ja on erityisen tehokas homogenointimenetelmä tuotteille, joita on vaikea sekoittaa tavanomaisin menetelmin, kuten sementtitahnoille tai runsaasti kiintoainetta sisältäville masterbatch-seoksille. - Ultraäänihämmennin:
Ultraäänihämmentimet käyttävät ultraäänienergiaa nesteiden hämmentämiseen tai liikuttamiseen, mikä edistää tasaista sekoittumista ja ehkäisee sedimentoitumista. Menetelmä on hyödyllinen eri teollisuudenaloilla liuosten, suspensioiden tai dispersioiden tasalaatuisuuden säilyttämiseksi ajan mittaan.
Monikuoppalevyjen ja petrimaljojen ultraäänikäsittely
Monikuoppalevyt ja petrimaljat ovat yleisiä laboratorioastioita. Monikuoppalevyt, joita kutsutaan myös mikrolevyiksi tai mikrokuoppalevyiksi, ovat litteitä levyjä, joissa on useita pieninä koeputkina käytettäviä ”kuoppia”. Niistä on saatavana erilaisia versioita, joissa on tyypillisesti 6, 12, 24, 48, 96, 384 tai 1 536 kuoppaa. Tämä mahdollistaa suurten näytemäärien seulonnan ja testauksen.
Petrimaljat puolestaan ovat matalia, lieriömäisiä, kannellisia maljoja, jotka on tyypillisesti valmistettu lasista tai muovista. Ne tarjoavat tasaisen pinta-alan mikro-organismien viljelyyn.
Molempien näyteastioiden erityinen rakenne aiheuttaa haasteita, kun ultraäänikäsittelyä halutaan käyttää prosessivaiheena. Levyjen ultraäänilaitteella UIP400MTP Hielscher tarjoaa tehokkaan ultraäänilaitteen, jolla voidaan käsitellä kaikkia vakiomallisia monikuoppalevyjä, mikrolevyjä ja petrimaljoja.
Lue lisää siitä, miten UIP400MTP toimii tehokkaana ultraäänilaitteena näytteiden valmistelussa 96-kuoppalevyillä ja petrimaljoissa!
Alla oleva taulukko antaa yleiskuvan anturityyppisistä ja kosketuksettomista ultraäänilaitteistamme tavallisiin laboratoriosovelluksiin:
| Suositellut laitteet | Erätilavuus | Tilavuusvirta |
|---|---|---|
| 96-kuoppalevyjen ultraäänilaite UIP400MTP | monikuoppa- / mikrotiitterilevyt | n.a. |
| Ultraäänilaite CupHorn | CupHorn näytepulloille tai dekantterilasille | n.a. |
| GDmini2 | ultraäänimikrovirtausreaktori | n.a. |
| VialTweeter | 0,5–1,5 mL | n.a. |
| UP100H | 1–500 mL | 10–200 mL/min |
| UP200Ht, UP200St | 10–1 000 mL | 20–200 mL/min |
| UP400St | 10–2 000 mL | 20–400 mL/min |
| UIP500hdT | 100–5 000 mL | 0,1–4 L/min |
| Ultraääniseularavistin | n.a. | n.a. |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Usein kysytyt kysymykset
Miten laboratorion ultraäänilaitetta käytetään?
Laboratorion ultraäänilaite on laite, jolla näytteeseen kohdistetaan ultraäänienergiaa hiukkasten liikuttamiseksi, usein homogenointia, emulgointia, nanohiukkasten dispergointia tai solujen hajotusta varten. Laboratorion ultraäänilaitteen käyttöä varten näyte on ensin valmisteltava sopivaan astiaan. Jos käytät anturityyppistä ultraäänilaitetta, upota anturi näytteeseen ja varmista, ettei se kosketa astian sivuja tai pohjaa. Säädä ultraäänilaitteen asetukset, kuten amplitudi, pulssitaajuus ja käsittelyn kesto, sovelluksesi erityisvaatimusten mukaisesti. Kosketuksetonta ultraäänilaitetta käytettäessä aseta näyteastia pidikkeeseen käyttöohjeen mukaisesti, jotta ultraääniaallot välittyvät optimaalisesti. Käynnistä ultraäänilaite ja seuraa prosessia sekä säädä parametreja tarvittaessa halutun vaikutuksen saavuttamiseksi. Käytä aina asianmukaisia suojaimia, kuten kuulonsuojaimia.
Mihin ultraäänilaitteita käytetään laboratorioissa?
Ultraäänikäsittelyllä on lukuisia käyttökohteita eri alojen laboratorioissa. Sitä käytetään yleisesti solujen hajotukseen ja lyysiin, mikä mahdollistaa solunsisäisten komponenttien, kuten DNA:n, RNA:n ja proteiinien, uuttamisen. Sitä käytetään myös emulsioiden ja dispersioiden valmistuksessa tehostamaan toisiinsa sekoittumattomien nesteiden sekoittumista tai nanohiukkasten jakautumista väliaineeseen. Ultraäänilaitteet ovat hyödyllisiä nanohiukkasten synteesissä, sillä ne auttavat pienentämään hiukkaskokoa ja ehkäisemään agglomeroitumista. Lisäksi ultraäänikäsittelyä käytetään nesteiden kaasunpoistoon poistamaan liuenneita kaasuja, jotka voivat häiritä tiettyjä analyysitekniikoita.
Lue lisää siitä, miten ultraäänikäsittely voi tehostaa lysotsyymiin perustuvaa solulyysiä!
Mitä eroa on anturityyppisellä ultraäänilaitteella ja ultraäänikylvyllä?
Anturityyppisen ultraäänilaitteen ja ultraäänikylvyn keskeinen ero on niiden rakenteessa ja käyttötavassa. Anturityyppisessä ultraäänilaitteessa käytetään titaanianturia, joka koskettaa näytettä suoraan ja johtaa voimakasta ultraäänienergiaa paikalliselle alueelle. Tämä suora käsittely sopii ihanteellisesti pienistä suuriin tilavuuksiin ja mahdollistaa ultraäänikäsittelyprosessin tarkan hallinnan. Ultraäänikylvyssä ultraääniaallot puolestaan välittyvät nestemäisen väliaineen kautta, johon näyteastia on asetettu. Tämä epäsuora ultraäänikäsittely on heikkoa ja epätasaista, joten sitä käytetään yleisesti puhdistukseen tai kaasunpoistoon.
Voimakas ja tasainen epäsuora ultraäänikäsittely voidaan toteuttaa kosketuksettomilla ultraäänilaitteilla, kuten VialTweeter, monikuoppalevyjen ultraäänilaite UIP400MTP tai virtausreaktori GDmini2. Nämä tehokkaat, suuren näytteenkäsittelykapasiteetin ultraäänilaitteet mahdollistavat näytteiden tarkasti hallitun ultraäänikäsittelyn, joten ne soveltuvat tutkimukseen ja diagnostiikkaan.
Mihin ultraäänikäsittelyä käytetään HPLC:ssä?
Näytteiden valmistelu ultraäänellä tehostaa HPLC-analyysiä hyödyntämällä akustista kavitaatiota näytematriisien hajottamiseen ja analyyttien siirtymisen nopeuttamiseen uuttoliuottimeen. Tekniikka parantaa uuttotehokkuutta, lisää analyyttien saantoa ja lyhentää näytteiden valmisteluaikaa, mikä mahdollistaa herkemmän ja toistettavamman kromatografisen analyysin. Lue lisää näytteiden valmistelusta ultraäänellä HPLC:tä varten!
Korkean erotuskyvyn nestekromatografiassa (HPLC) ultraäänikäsittely mahdollistaa nanohiukkasten, kuten piidioksidi- tai zirkoniumdioksidimikropallojen, muokkaamisen ja funktionalisoinnin. Ultraäänikäsittely on erittäin tehokas menetelmä ydin–kuori-rakenteisten piidioksidihiukkasten synteesiin. Nämä hiukkaset ovat erityisen hyödyllisiä HPLC-kolonneissa. Lue lisää!
Lisäksi ultraäänikäsittelyä käytetään näytteiden valmisteluun. Se varmistaa analyyttien ja reagenssien perusteellisen sekoittumisen ja liukenemisen, mikä on ratkaisevan tärkeää tarkkojen ja toistettavien kromatografisten tulosten kannalta. Ultraäänikäsittely auttaa liuottimien kaasunpoistossa poistamalla liuenneita kaasuja, jotka voivat muodostaa kuplia ja häiritä virtausta ja detektointia HPLC-järjestelmissä. Lisäksi ultraäänikäsittelyä käytetään HPLC-komponenttien, kuten kolonnien ja injektorin osien, puhdistukseen, mikä varmistaa kaikkien epäpuhtauksien tai jäämien tehokkaan poistamisen.
Miten ultraäänilaitetta käytetään bioteknologiassa ja biotieteissä?
Bioteknologiassa ja biotieteissä ultraäänilaitteet ovat välttämättömiä työkaluja monenlaisissa sovelluksissa. Niitä käytetään laajasti solulyysiin ja solunsisäisten aineiden uuttoon, mikä on olennaista nukleiinihappoja ja proteiineja käsittelevissä molekyylibiologisissa tutkimuksissa. Ultraäänikäsittelyä käytetään DNA:n, RNA:n ja kromatiinin fragmentointiin sekvensointia ja muita geneettisiä analyysejä varten, mikä mahdollistaa geneettisen materiaalin tarkemman tutkimisen. Lisäksi ultraäänilaitteita käytetään liposomien ja muiden nanohiukkaspohjaisten lääkkeenkuljetusjärjestelmien valmistukseen, mikä parantaa lääkeaineiden tehoa ja kohdentumista.
Monikuoppalevyjen ultraäänilaitetta UIP400MTP käytetään määritysten pienentämiseen ja laboratorioautomaatioon integrointiin – tämä mahdollistaa sujuvat työnkulut ja suuren näytteenkäsittelykapasiteetin. Lue lisää mikrolevyjen ultraäänilaitteesta UIP400MTP suurten näytemäärien työnkulkuihin!
Kirjallisuus / Viitteet
- 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 valmistaa tehokkaita ultraäänihomogenisaattoreita laboratoriokoosta aina teolliseen kokoon asti.