הומוגנייזרים אולטרסוניים לעיבוד במעבדה, בקנה מידה ניסיוני ובתעשייה

הומוגנייזרים אולטרסוניים הם כלים רבי עוצמה לערבוב ולהומוגניזציה של תרחיפי מוצק–נוזל ונוזל–נוזל. הומוגניזציה אולטרסונית היא תהליך מכני להקטנת חלקיקים בנוזל, כך שיהיו קטנים בגודל אחיד ומפוזרים באופן שווה. Hielscher מציעה הומוגנייזרים אולטרסוניים רבי עוצמה ליישומים במעבדה ובקנה מידה של ייצור.

הומוגנייזרים אולטרסוניים לערבוב, לפיזור, לתחלוב ולהקטנת גודל חלקיקים באופן אמין

הומוגנייזרים אולטרסוניים של Hielscher מספקים קוויטציה עוצמתית הניתנת לבקרה לצורך ייצור תערובות אחידות, דיספרסיות עדינות, תחליבים יציבים, ננו־תחליבים, ליזטים של תאים וחלקיקים בגודל מוקטן. מדגימות מעבדה קטנות ועד ייצור תעשייתי רציף, מכשירי הסוניקציה של Hielscher מספקים תוצאות הומוגניזציה הניתנות לשחזור לצורכי מחקר, פיתוח מוצרים וייצור.
בין שנדרש לעבד מיליליטרים במעבדה, למטב פורמולציה בקנה מידה ניסיוני או להפעיל ייצור רציף בקו בתפוקה גבוהה, Hielscher מציעה הומוגנייזרים אולטרסוניים עם בקרה מדויקת של המשרעת, הזמן, הטמפרטורה, הלחץ והאנרגיה המושקעת. כך הופכת ההומוגניזציה האולטרסונית לחלופה יעילה, הניתנת להתאמה לקני מידה שונים ולביצוע חוזר, למערבלי רוטור–סטטור, לטחנות חרוזים ולהומוגנייזרים בלחץ גבוה.

מדוע כדאי לבחור בהומוגנייזר אולטרסוני:

• הומוגניזציה עוצמתית: צרו דיספרסיות עדינות, תחליבים, ננו־תחליבים ותרחיפים אחידים.
• בקרת תהליך מדויקת: התאימו את המשרעת, ההספק, הזמן, הטמפרטורה והלחץ לקבלת תוצאות הניתנות לשחזור.
• מהמעבדה ועד קנה מידה תעשייתי: עבדו דגימות קטנות, אצוות גדולות או זרמים בזרימה רציפה.
• מתאים לעבודה עם חומרים תובעניים: מתאים לחלקיקים שוחקים, לתרחיפים בעלי תכולת מוצקים גבוהה, לחומרים סיביים, לנוזלים צמיגים ולפורמולציות מורכבות.
• הפעלה באצווה ובקו: השתמשו בכלים פתוחים, בכוסות מעבדה, בריאקטורים או בתאי זרימה.
• תכנון הדורש תחזוקה מועטה: גאומטריות פשוטות של הסונוטרודה ותא הזרימה מפחיתות את מאמץ הניקוי ואת הבלאי.
• בנוי להפעלה 24/7: מערכות אולטרסוניות תעשייתיות מתוכננות לעיבוד רציף בתנאי עבודה תובעניים.

יישומים והשפעה של הומוגנייזרים אולטרסוניים

הומוגנייזרים אולטרסוניים הם מערבלים רבי עוצמה ואמינים, המשמשים במעבדה ובתעשייה ליישומים רבים.
ניתן להשתמש בהומוגנייזר אולטרסוני ליישומים שונים, ובהם:

• הומוגניזציה: הומוגנייזרים אולטרסוניים יכולים לבצע הומוגניזציה של דגימות ליצירת תערובות אחידות ועקביות.
• פיזור: ניתן להשתמש בהומוגנייזרים אולטרסוניים לפיזור חלקיקים מוצקים בנוזלים ליצירת תרחיפים יציבים. סוניקציה יעילה באופן יוצא דופן ביצירת ננו־דיספרסיות.
• תחלוב: ניתן להשתמש בהומוגנייזרים אולטרסוניים ליצירת תחליבים יציבים וננו־תחליבים באמצעות פירוק לטיפות ופיזור של נוזלים שאינם מתערבבים זה בזה, כגון שמן ומים.
• פירוק תאים: הומוגנייזרים אולטרסוניים יכולים לפרק תאים כדי למצות רכיבים תוך־תאיים כגון חלבונים, חומצות גרעין, אנזימים ומטבוליטים.
• סילוק גזים: ניתן להשתמש בהומוגנייזרים אולטרסוניים להסרת גזים מומסים מנוזלים, למשל לסילוק גזים מממסי HPLC או מנוזלי קירור.
• תגובות כימיות בסיוע אולטרסאונד: ניתן להשתמש בהומוגנייזרים אולטרסוניים גם לתגובות כימיות בסיוע סוניקציה, כגון סינתזה סונוכימית, קטליזה או פירוק.

 
בסך הכול, הומוגנייזרים אולטרסוניים הם כלי רב־תכליתי שניתן להשתמש בו למגוון רחב של יישומים במחקר, בפיתוח ובתהליכים תעשייתיים.

אולטרסאונד רב־עוצמה להקטנת גודל חלקיקים:

כאשר משתמשים בהומוגנייזרים אולטרסוניים ליישומים כגון ערבוב, פיזור ותחלוב, המטרה היא להקטין חלקיקים קטנים או טיפות בנוזל או בתרחיף כדי לשפר את אחידות התערובת ויציבותה. חלקיקים אלה (הפאזה המפוזרת) יכולים להיות מוצקים או נוזלים. הקטנת הקוטר הממוצע של החלקיקים מגדילה את מספר החלקיקים הבודדים. הדבר מוביל להקטנת המרחק הממוצע בין החלקיקים ולהגדלת שטח הפנים שלהם. התרשים מציג את הקשר בין קוטר החלקיק הבודד לבין שטח הפנים הכולל. שטח הפנים והמרחק הממוצע בין החלקיקים יכולים להשפיע על הריאולוגיה של נוזל.

אם קיים הבדל במשקל הסגולי בין החלקיקים לנוזל, ההומוגניות של התערובת יכולה להשפיע על יציבות הדיספרסיה. אם גודל החלקיקים דומה אצל רוב החלקיקים, הנטייה להיווצרות אגרגטים במהלך שקיעה או עלייה פוחתת, מכיוון שלחלקיקים הדומים יש מהירות עלייה או שקיעה דומה.
 

דיספרסיות אולטרסוניות מציגות התפלגות אחידה של גודל החלקיקים, עם חלקיקים שגודלם הוקטן באופן אחיד. העקומות מציגות את התפלגות החלקיקים של סיליקה לפני טיפול באולטרסאונד (העקומה הירוקה) ולאחר פיזור אולטרסוני (העקומה האדומה).

הומוגנייזרים אולטרסוניים לעומת הומוגנייזרים בלחץ גבוה

הומוגנייזרים בלחץ גבוה דוחפים נוזל דרך שסתום הומוגניזציה בלחץ גבוה מאוד. שיטה זו יכולה לפעול היטב עבור חלקיקים רכים או טיפות, כגון כדוריות שומן בחלב. עם זאת, בעמוד הנוכחי מצוין שהומוגנייזרים בלחץ גבוה עשויים להיות מוגבלים בעיבוד חומרים קשים, שוחקים, סיביים או חוטיים, משום שמהירויות נוזל גבוהות ופתחים קטנים בשסתומים גורמים לבלאי ומקצרים את אורך החיים של המשאבה או השסתום.
הומוגנייזרים אולטרסוניים פועלים אחרת. במקום לדחוף את החומר דרך פתח קטן בשסתום, הם מחדירים אנרגיה מכנית לנוזל באמצעות סונוטרודה רוטטת. כך נוצרת קוויטציה ישירות בתווך התהליך.
יתרונות ההומוגנייזרים האולטרסוניים

• ללא פתחים קטנים בשסתומים העלולים להיסתם בקלות
• מתאימים לחומרים שוחקים וסיביים
• התאמה קלה של עוצמת התהליך
• אפשרויות לעיבוד באצוות ולעיבוד רציף
• מספר קטן של חלקים הבאים במגע עם הנוזל ושל חלקים נעים
• פירוק יעיל של אגרגטים של חלקיקים והקטנת גודל הטיפות
• יכולת גבוהה להגדלת קנה המידה מבדיקות מעבדה לייצור

הומוגנייזרים אולטרסוניים למעבדה, לקנה מידה ניסיוני ולקנה מידה תעשייתי

Hielscher מציעה הומוגנייזרים אולטרסוניים למגוון רחב של נפחי עיבוד ותפוקות. הומוגנייזרים אולטרסוניים מעבדתיים משמשים להכנת דגימות קטנות, לבדיקת פורמולציות, לעיבוד דגימות ביולוגיות ולמחקר ופיתוח. מכשירי אולטרסאונד בקנה מידה ניסיוני ותעשייתי משמשים לפיתוח תהליכים, להגדלת קנה מידה, לייצור ולעיבוד רציף בקו.
העמוד הנוכחי מציג טווח רחב של קני מידה: הומוגנייזרים אולטרסוניים מעבדתיים יכולים לעבד נפחים מכ־1.5 mL עד 5 L, ואילו הומוגנייזרים אולטרסוניים תעשייתיים יכולים לעבד אצוות מכ־0.5 עד 2000 L או לפעול בספיקות זרימה של 0.1 L עד 20 m³ לשעה.

בחירת ההומוגנייזר האולטרסוני המתאים

ההומוגנייזר האולטרסוני הטוב ביותר תלוי במטרת התהליך ובתכונות החומר. לקבלת המלצה מהימנה על ציוד, יש להביא בחשבון את הפרמטרים הבאים:

• נפח הדגימה או האצווה
• ספיקת זרימה רציפה
• צמיגות הנוזל
• תכולת המוצקים
• קשיות החלקיקים
• הגודל ההתחלתי של החלקיקים או הטיפות
• גודל היעד של החלקיקים או הטיפות
• רגישות לטמפרטורה
• זמן העיבוד הנדרש
• הצורך בקירור או בבקרת לחץ
• הפעלה באצווה, בסחרור חוזר או בקו במעבר יחיד
• דרישות ניקוי ותאימות חומרים

על סמך פרמטרים אלה של התהליך, נוכל להמליץ על הומוגנייזר אולטרסוני, סונוטרודה, מגבר משרעת, תא זרימה ומערך קירור מתאימים.

מדוע לרכוש הומוגנייזר אולטרסוני של Hielscher?

הומוגנייזרים אולטרסוניים של Hielscher מתוכננים ליצירת קוויטציה אמינה, לבקרת תהליך המאפשרת שחזור תוצאות ולחיי שירות ארוכים. המערכות מיועדות לשימוש במעבדות, במתקני פיילוט ובסביבות תעשייתיות.
בעמוד הקיים מצוין כי מכשירי הסוניקציה של Hielscher מבוקרי משרעת, כלומר המשרעת שנבחרה נשמרת בתנאי ההפעלה. כמו כן, מודגש בו כי פרמטרי סוניקציה זהים תומכים בתוצאות עקביות וניתנות לשחזור, דבר החשוב לאיכות המוצר ולהגדלת קנה המידה.
יתרונות מכשירי הסוניקציה של Hielscher:

• מעבדים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים, מקנה מידה מעבדתי ועד קנה מידה תעשייתי
• בקרת משרעת מדויקת
• הספק, זמן, טמפרטורה ולחץ הניתנים לכוונון
• עיבוד באצווה ובקו
• סונוטרודות ותאי זרימה עמידים
• מספר קטן של חלקים הבאים במגע עם הנוזל וניקוי קל
• מתאימים לחומרים שוחקים, סיביים ובעלי תכולת מוצקים גבוהה
• מערכות תעשייתיות להפעלה 24/7
• ייעוץ תהליכי ותמיכה ביישומים
• איכות תכנון וייצור גרמנית

הטבלה שלהלן מציגה המלצות כלליות על מכשירים בהתאם לנפח האצווה או לספיקת הזרימה המיועדים לעיבוד. לחצו על דגם מכשיר הסוניקציה לקבלת מידע נוסף על כל הומוגנייזר אולטרסוני.

הומוגנייזרים אולטרסוניים לרקמות

מלבד הכנת דיספרסיות ותחליבים, השימוש בהומוגנייזרים אולטרסוניים מבוסס היטב בביוטכנולוגיה, בביולוגיה תאית ומולקולרית ובמדעי החיים לצורך ליזיס והפרדה למקטעים של תאים, פירוק רקמות, מיצוי תרכובות תוך־תאיות וכן גזירה של DNA, RNA וכרומטין. הומוגנייזרים אולטרסוניים זמינים להכנת דגימות בנפחים זעירים (0.1mL) ועד לנפחים גדולים מאוד לתהליכים תעשייתיים (למשל מיצוי תרכובות בעלות פעילות ביולוגית לייצור תוספי תזונה).
לצורך פירוק רקמה באמצעות הומוגנייזר אולטרסוני, משתמשים בתמיסת בופר איזוטונית כדי למנוע נזק אוסמוטי. הומוגנייזרים אולטרסוניים של Hielscher מגיעים עם חיישן טמפרטורה ועם אפשרות להגדרת בקרת טמפרטורה, המאפשרים לשמור את הדגימות בטווח טמפרטורות מבוקר היטב.
לפרטים נוספים על הומוגנייזרים אולטרסוניים לרקמות, לחצו כאן!

ספרות / מקורות

1000hd
• Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment; Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
• Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
• Alex Patist, Darren Bates (2008): Ultrasonic innovations in the food industry: From the laboratory to commercial production. Innovative Food Science & Emerging Technologies, Volume 9, Issue 2, 2008. 147-154.
• Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2020): Dispersion of microfine cement grout with ultrasound and conventional laboratory dissolvers. Construction and Building Materials, Volume 251, 2020.
• Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.