Sonication de type sonde pour la préparation des échantillons : Un guide complet

La sonication par sonde est un outil puissant pour perturber les cellules, cisailler l'ADN et disperser les particules dans les échantillons liquides. Comme toutes les techniques des sciences de la vie, de la microbiologie et de l'analyse clinique, la sonication doit être soigneusement optimisée pour éviter d'endommager les échantillons, en particulier lorsque l'on travaille avec des matériaux sensibles à la chaleur. En suivant les conseils – comme le maintien des échantillons dans la glace, le contrôle de l'amplitude de la sonication, l'utilisation du mode pulsé et l'optimisation de la profondeur d'immersion de la sonotrode. – vous pouvez obtenir des résultats efficaces et reproductibles. En fin de compte, un protocole de sonication bien optimisé garantit le succès des applications en aval et préserve l'intégrité de vos précieux échantillons.

Sonication – Une étape indispensable dans la préparation des échantillons

La sonication par sonde est une technique largement utilisée pour la préparation d'échantillons dans la recherche biologique, chimique et sur les matériaux. Le processus implique l'utilisation de l'énergie ultrasonique pour briser les cellules, cisailler l'ADN, disperser les nanoparticules ou émulsifier les solutions. En transmettant des ondes ultrasonores à haute énergie à travers un échantillon liquide par l'intermédiaire d'une sonde (sonotrode, cornet, sonosonde), la sonication par sonde crée des régions localisées de haute pression, de turbulence et de cavitation, qui perturbent mécaniquement les structures cellulaires ou dispersent les particules de manière homogène. Toutefois, cette technique doit être soigneusement optimisée pour éviter d'endommager l'échantillon, en particulier les matériaux biologiques sensibles tels que les protéines et les acides nucléiques. Ce guide sur la sonication de type sonde donne des conseils pratiques pour une préparation efficace des échantillons.

1. Réglage de l'amplitude
   L'amplitude de la sonication correspond à l'ampleur des vibrations produites par la sonde. Les amplitudes plus élevées délivrent une énergie ultrasonique plus intense mais génèrent plus de chaleur, ce qui augmente le risque de dégradation de l'échantillon. En revanche, les amplitudes plus faibles permettent une sonication plus douce, réduisant l'accumulation de chaleur tout en préservant l'intégrité de l'échantillon.
   En fonction de votre application spécifique, l'utilisation d'une amplitude plus faible sur une période plus longue peut donner de meilleurs résultats que l'application d'une amplitude très élevée sur de courtes périodes. Cette approche réduit les risques de dégradation thermique tout en assurant une perturbation ou un mélange adéquat de l'échantillon.

 

2. Utiliser le protocole de données automatique
   Le menu intelligent de tous les sonicateurs numériques Hielscher permet l'enregistrement automatique des données. Dès que vous allumez votre sonicateur, toutes les données importantes telles que l'énergie absorbée (totale et nette), l'amplitude, la puissance, le temps, la température, etc. sont enregistrées. – même la température et la pression sont surveillées si vous avez branché les capteurs de température et de pression. Toutes les données sont enregistrées avec la date et l'heure dans un fichier CSV sur une carte SD intégrée.

 

3. Optimiser l'apport énergétique : Obtenir la bonne quantité de puissance ultrasonore
   L'optimisation du traitement par ultrasons en fonction de l'apport d'énergie spécifique (Ws/mL) offre une approche plus reproductible et plus quantifiable que les protocoles basés sur la durée. Bien que la durée de la sonication reste un facteur, c'est l'énergie totale délivrée par unité de volume qui détermine en fin de compte l'étendue de la perturbation de l'échantillon. Un apport d'énergie inadéquat peut entraîner une lyse ou une dispersion incomplète, tandis qu'un apport excessif peut provoquer une dégradation moléculaire, une dénaturation des protéines ou une surchauffe, en particulier dans les systèmes biologiques ou polymères sensibles.
   Notre conseil : Commencez par de faibles apports d'énergie spécifique - généralement de l'ordre de 10 à 50 Ws/mL, en fonction du type d'échantillon - et augmentez progressivement si nécessaire. Contrôler le processus en évaluant les changements physiques (par exemple, la turbidité, la viscosité, la dispersion des particules) et surveiller les indicateurs de sursonification tels que la formation excessive de mousse, l'augmentation de la température ou la décoloration de l'échantillon. Ajuster l'amplitude, le cycle d'impulsion et la durée en conséquence pour atteindre la dose d'énergie cible tout en minimisant le stress thermique ou mécanique.

 

4. Utiliser le mode pulsé pour minimiser l'accumulation de chaleur
   Les sonicateurs Hielscher peuvent fonctionner en mode pulsé, ce qui est particulièrement utile pour les échantillons sensibles à la température. Le mode pulsé alterne entre les phases de sonication et de repos, ce qui permet à l'échantillon de refroidir entre les pulsations. Cela permet d'éviter les pics de température rapides et de minimiser le risque de dégradation induite par la chaleur.

 

5. L'importance du contrôle de la température : Gardez vos échantillons au frais
   La sonication transfère l'énergie des ultrasons dans le liquide, ce qui génère de la chaleur en raison des turbulences et des frottements. Si ce phénomène n'est pas contrôlé, il peut conduire à des températures élevées, susceptibles de dégrader des échantillons biologiques sensibles, tels que les protéines, les enzymes et les acides nucléiques. Pour atténuer ce phénomène, le contrôle de la température est essentiel pendant la sonication.
   L'un des moyens les plus simples et les plus efficaces d'éviter la surchauffe consiste à conserver les échantillons sur de la glace pendant toute la durée du processus de sonication. Cela permet de maintenir une température basse et stable et de protéger l'échantillon de la dégradation thermique.
   Tous les sonicateurs numériques Hielscher sont équipés d'un système de contrôle de la température. Un capteur de température enfichable mesure en permanence la température de l'échantillon. En fonction de la limite de température définie dans le programme, le sonicateur s'arrête automatiquement lorsque la limite supérieure de température est atteinte et continue à sonifier dès que la limite inférieure du delta de température défini est atteinte.
   En outre, vous pouvez :
   • Placer le tube d'échantillon sur de la glace avant de commencer le processus de sonication.
   • Si des séances prolongées sont nécessaires, interrompre périodiquement la sonication pour permettre le refroidissement.
   • Garder l'échantillon sur de la glace après la sonication pour le stabiliser davantage.

   Ceci est particulièrement important pour les échantillons de protéines, car les protéines peuvent se dénaturer rapidement à des températures élevées. En conservant vos échantillons au froid, vous préservez leur intégrité fonctionnelle pour les applications en aval, telles que le Western blotting, les essais enzymatiques ou la spectrométrie de masse.

 

6. La taille de la sonotrode adaptée à votre échantillon
   Le choix de la taille de la sonotrode pour la sonification d'échantillons en sciences de la vie et en microbiologie est crucial pour garantir un transfert d'énergie optimal et une perturbation efficace des cellules ou des biomolécules. Une sonotrode de taille appropriée permet une cavitation efficace, essentielle pour briser les parois cellulaires, lyser les cellules et homogénéiser les échantillons. Si la sonotrode est trop grande ou trop petite pour le volume ou le type d'échantillon, elle peut entraîner une sonication inégale, un échauffement excessif ou une désintégration cellulaire inadéquate, ce qui risque de compromettre les résultats expérimentaux. Par conséquent, le choix de la taille appropriée de la sonotrode permet de préserver l'intégrité de l'échantillon et de garantir la reproductibilité des expériences.

 

7. Corriger la profondeur de la sonde : Éviter la formation de mousse et une exposition uniforme
   Le positionnement de la sonde est un facteur critique mais souvent négligé dans la sonication. Une profondeur de sonde appropriée garantit un transfert d'énergie et un mélange d'échantillons efficaces. Si la sonde est trop peu profonde, vous risquez d'obtenir un moussage excessif, qui peut emprisonner des bulles d'air et réduire l'efficacité de la sonication. Si la sonde est trop profonde, la circulation risque d'être insuffisante, ce qui entraînera une sonication inégale de l'échantillon.
   La profondeur idéale de la sonde se situe généralement entre 1/4 et 1/3 de la hauteur du liquide dans le tube ou le récipient. Expérimentez avec différentes profondeurs pour trouver la position optimale qui maximise le transfert d'énergie sans provoquer de mousse.
   Il peut être utile de déplacer lentement la sonotrode à travers l'échantillon pour garantir une sonication uniforme de l'ensemble de l'échantillon.
   Si vous utilisez les sonicateurs multi-échantillons CupHorn ou UIP400MTP, remplissez le cuphorn comme décrit dans le manuel.

 

8. Optimisez le processus de sonication : Adapté à votre échantillon
   La clé d'une sonication par sonde réussie est l'optimisation. Étant donné que différents échantillons, y compris les cellules, les tissus et les produits chimiques, réagissent différemment à l'énergie ultrasonique, il est important d'adapter le processus à vos besoins spécifiques. Les facteurs à prendre en compte lors de l'optimisation sont les suivants
   Volume de l'échantillon : Les volumes plus importants peuvent nécessiter des temps de sonication plus longs ou des amplitudes plus élevées.
   Viscosité de l'échantillon : Les échantillons visqueux peuvent nécessiter une sonication plus intense pour obtenir une désintégration suffisante.
   Résultat souhaité : Si vous lyser des tissus durs, un régime de sonication plus intense peut être nécessaire, tandis qu'une sonication plus courte peut suffire pour le cisaillement de l'ADN.
   En testant et en affinant systématiquement les paramètres – Grâce à des paramètres tels que l'amplitude, la durée et la profondeur de la sonde, vous pouvez optimiser le processus de sonication pour votre échantillon unique.

Trouvez le sonicateur adapté à votre tâche de préparation d'échantillons

Hielscher Ultrasonics propose une gamme complète de sonicateurs pour la préparation de vos échantillons. Indiquez-nous les facteurs importants tels que le type d'échantillon, le volume et l'application spécifique sur laquelle vous travaillez. Notre équipe d'experts se fera un plaisir de vous conseiller en vous proposant l'homogénéisateur ultrasonique le mieux adapté à vos expériences de recherche.

Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons de laboratoire :

Hielscher Ultrasonics est une entreprise certifiée ISO et met l'accent sur les ultrasons de haute performance, dotés d'une technologie de pointe et d'une grande facilité d'utilisation. Bien entendu, les ultrasons Hielscher sont conformes à la norme CE et répondent aux exigences des normes UL, CSA et RoHs.

Hielscher Ultrasonics fournit de puissants sonicateurs sans contact pour la préparation d'échantillons et l'analyse clinique. Le sonicateur pour plaques multi-puits UIP400MTP, le VialTweeter, le CupHorn et le sonificateur de débit GDmini2 traiter les échantillons sans les toucher.