Désintégration ultrasonique des cellules
Les ultrasons sont un moyen efficace de désintégrer les structures cellulaires. C'est pourquoi les sonicateurs sont largement utilisés dans les laboratoires pour ouvrir les cellules et extraire les molécules intracellulaires, les protéines et les organites à des fins de recherche et d'analyse. À l'échelle industrielle, la désintégration et la lyse ultrasoniques sont utilisées pour isoler les molécules des usines cellulaires ou pour favoriser la digestion de la biomasse.
Qu'est-ce que la désintégration ultrasonique ?
La désintégration ultrasonique, également connue sous le nom d'homogénéisation ultrasonique, est un processus qui utilise des ondes ultrasoniques de haute intensité et de basse fréquence pour briser les parois cellulaires et perturber les structures moléculaires dans un milieu liquide. Cette technique est couramment utilisée dans diverses applications scientifiques et industrielles à plusieurs fins :
Perturbation des cellules : La désintégration ultrasonique est largement utilisée en biologie cellulaire et moléculaire pour perturber les membranes cellulaires et libérer le contenu cellulaire tel que les protéines, les acides nucléiques et les organites. Cette méthode est utile pour extraire les composants intracellulaires à des fins d'analyse ou pour lyser les cellules dans les processus de microbiologie et de biotechnologie.
- Homogénéisation : Il permet de mélanger uniformément les composants d'un échantillon, en particulier lorsqu'il s'agit de liquides non miscibles ou lorsqu'on essaie d'obtenir un mélange cohérent de matériaux.
- Extraction des protéines : En biologie, en protéomique et en sciences de la vie, l'analyse des protéines est une tâche très courante. Avant de pouvoir être analysées, les protéines doivent être extraites de l'intérieur de la cellule et isolées. Les sonicateurs sont la méthode la plus utilisée pour l'extraction des protéines.
- Fragmentation de l'ADN : L'ADN et l'ARN sont des types distincts d'acides nucléiques qui stockent et codent l'information génétique dans les cellules. Lorsque l'ADN et l'ARN sont analysés, les longs brins doivent parfois être fragmentés, un processus qui peut être réalisé de manière fiable et efficace par sonication.
- Préparation de l'échantillon : Dans le domaine de la recherche et de l'analyse, la préparation des échantillons est une procédure courante avant la mise en œuvre de diverses techniques d'analyse. La désintégration ultrasonique peut aider à dissoudre ou à disperser les échantillons, ce qui peut améliorer la précision et la reproductibilité des analyses.

Sonicateur à sonde UP200St pour la désintégration, le broyage et l'extraction des cellules
Avantages de la désintégration par ultrasons
Pourquoi utiliser un sonicateur à sonde pour la désintégration, le broyage cellulaire et l'extraction de molécules et de protéines intracellulaires ? Un sonicateur ou un démembrement ultrasonique offre de nombreux avantages qui font de la sonication la technologie supérieure par rapport à d'autres méthodes de désintégration telles que l'homogénéisation à haute pression, le broyage à billes ou la microfluidisation.
- Non thermique : La désintégration par ultrasons est une méthode non thermique, ce qui signifie qu'elle ne fait pas appel à la chaleur pour décomposer les matériaux. C'est un avantage pour les applications où des températures élevées pourraient dégrader des échantillons sensibles à la chaleur.
- Précision et contrôle : Le processus peut être contrôlé avec une grande précision, ce qui permet d'obtenir une perturbation, un mélange ou une réduction de la taille des particules spécifiques.
- Rapide et efficace : L'ultrasonication est généralement une méthode rapide et efficace, ce qui la rend adaptée aux applications à haut débit.
- Réduction de l'utilisation de produits chimiques : Dans de nombreux cas, la désintégration par ultrasons peut réduire la nécessité d'utiliser des produits chimiques agressifs ou des solvants organiques, ce qui peut être respectueux de l'environnement et réduire le risque de contamination chimique.
- Pas de support de broyage, pas de buses : Les autres techniques de désintégration, telles que le broyage à billes ou les homogénéisateurs à haute pression, présentent des inconvénients. Le broyage à billes nécessite l'utilisation d'un support de broyage (billes ou perles), qui doit être séparé et nettoyé de manière laborieuse. Les homogénéisateurs à haute pression ont des buses qui ont tendance à se boucher. En revanche, les homogénéisateurs à ultrasons sont faciles à utiliser, très fiables et robustes, et ne nécessitent que très peu d'entretien.
- Polyvalence : Elle peut être appliquée à un large éventail de matériaux, y compris les bactéries, les cellules végétales, les tissus de mammifères, les algues, les champignons, etc.
Évolutivité : La technique ultrasonique peut être mise à l'échelle pour les processus industriels, ce qui la rend adaptée aux applications de laboratoire et de production à grande échelle.
Principe de fonctionnement de la désintégration ultrasonique et de la désintégration cellulaire
Les ultrasons génèrent une alternance d'ondes de haute et de basse pression dans le liquide exposé. Pendant le cycle de basse pression, les ondes ultrasoniques créent de petites bulles de vide dans le liquide qui s'effondrent violemment pendant un cycle de haute pression. Ce phénomène est appelé cavitation. L'implosion de la bulle de cavitation provoque de fortes forces de cisaillement hydrodynamiques qui entraînent d'abord la sonoporation, puis la dislocation efficace des structures cellulaires. Les molécules intracellulaires et les organites sont entièrement libérés dans le solvant.
Désintégration des Structures Cellulaires par Ultrason
Les forces de cisaillement peuvent désintégrer les matières fibreuses et cellulosiques en fines particules et briser les parois de la structure cellulaire. Cela libère une plus grande partie de la matière intracellulaire, telle que l'amidon ou le sucre, dans le liquide. En outre, le matériau de la paroi cellulaire est brisé en petits débris.
Cet effet peut être utilisé pour la fermentation, la digestion et d'autres processus de conversion de la matière organique. Après le broyage et la mouture, les ultrasons permettent aux enzymes qui transforment l'amidon en sucres d'accéder à une plus grande partie de la matière intracellulaire, par exemple l'amidon, ainsi qu'aux débris de la paroi cellulaire. Elle augmente également la surface exposée aux enzymes pendant la liquéfaction ou la saccharification. Cela permet généralement d'augmenter la vitesse et le rendement de la fermentation de la levure et d'autres processus de conversion, par exemple pour stimuler la production d'éthanol à partir de la biomasse.
Utiliser la désintégration par ultrasons – Fiabilité et efficacité à toutes les échelles
Les sonicateurs Hielscher sont disponibles avec différentes puissances et capacités de traitement. Que vous souhaitiez soniquer de petits échantillons biologiques de quelques microlitres à quelques litres ou que vous deviez traiter de grands flux de cellules ou de biomasse pour la production, Hielscher Ultrasonics vous proposera le démembrement ultrasonique le mieux adapté à votre application biologique.
- échelle de laboratoire de 1mL à environ 5L, par ex. UP400St avec sonotrode de 22 mm
- échelle de table à environ 0,1 à 20L/min par exemple. UIP1000hdT avec sonotrode de 34 mm et cellule d'écoulement
- échelle de production à partir de 20L/min par exemple. UIP4000hdT ou UIP16000hdT
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons de laboratoire :
Dispositifs recommandés | Volume du lot | Débit |
---|---|---|
UIP400MTP Sonicateur pour plaques de 96 puits | plaques multi-puits / microtitres | n.d. |
Cornet à ultrasons | CupHorn pour flacons ou béchers | n.d. |
GDmini2 | réacteur ultrasonique à micro-flux | n.d. |
VialTweeter | 00,5 à 1,5 ml | n.d. |
UP100H | 1 à 500mL | 10 à 200mL/min |
UP200Ht, UP200St | 10 à 1000mL | 20 à 200mL/min |
UP400St | 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min |
Tamiseuse à ultrasons | n.d. | n.d. |
Veuillez utiliser le formulaire ci-dessous si vous souhaitez recevoir plus d'informations sur l'utilisation d'appareils à ultrasons pour la désintégration de cellules. Nous nous ferons un plaisir de vous aider.
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Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons industriels :
Volume du lot | Débit | Dispositifs recommandés |
---|---|---|
200mL à 5L | 0.05 à 1L/min | UIP500hdT |
1 à 10L | 0.1 à 2L/min | UIP1000hdT |
5 à 20L | 0.2 à 4L/min | UIP2000hdT |
10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
15 à 150L | 3 à 15L/min | UIP6000hdT | n.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |

Homogénéisateur à ultrasons UP400ST pour la solubilisation des cellules, la lyse et l'extraction des protéines
Littérature / Références
- Nico Böhmer, Andreas Dautel, Thomas Eisele, Lutz Fischer (2012): Recombinant expression, purification and characterisation of the native glutamate racemase from Lactobacillus plantarum NC8. Protein Expr Purif. 2013 Mar;88(1):54-60.
- Brandy Verhalen, Stefan Ernst, Michael Börsch, Stephan Wilkens (2012): Dynamic Ligand-induced Conformational Rearrangements in P-glycoprotein as Probed by Fluorescence Resonance Energy Transfer Spectroscopy. J Biol Chem. 2012 Jan 6;287(2): 1112-27.
- Claudia Lindemann, Nataliya Lupilova, Alexandra Müller, Bettina Warscheid, Helmut E. Meyer, Katja Kuhlmann, Martin Eisenacher, Lars I. Leichert (2013): Redox Proteomics Uncovers Peroxynitrite-Sensitive Proteins that Help Escherichia coli to Overcome Nitrosative Stress. J Biol Chem. 2013 Jul 5; 288(27): 19698–19714.
- Elahe Motevaseli, Mahdieh Shirzad, Seyed Mohammad Akrami, Azam-Sadat Mousavi, Akbar Mirsalehian, Mohammad Hossein Modarressi (2013): Normal and tumour cervical cells respond differently to vaginal lactobacilli, independent of pH and lactate. ed Microbiol. 2013 Jul; 62(Pt 7):1065-1072.

Cornet à ultrasons pour la sonication intense de tubes et de flacons fermés pour l'homogénéisation stérile des échantillons.

Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons très performants à partir de laboratoires à taille industrielle.