Ultrazvučna dezintegracija stanica

Ultrazvučna obrada učinkovito je sredstvo za dezintegraciju staničnih struktura. Stoga se sonikatori široko upotrebljavaju u laboratorijima za razaranje stanica te ekstrakciju unutarstaničnih molekula, proteina i organela za istraživanje i analizu. U industrijskom mjerilu ultrazvučna dezintegracija i liza primjenjuju se za izolaciju molekula iz staničnih tvornica ili za poticanje razgradnje biomase.

Što je ultrazvučna dezintegracija?

Ultrazvučna dezintegracija, poznata i kao ultrazvučna homogenizacija, postupak je u kojem se ultrazvučni valovi visokog intenziteta i niske frekvencije upotrebljavaju za razgradnju staničnih stijenki i razaranje molekularnih struktura u tekućem mediju. Ova se tehnika često primjenjuje u raznim znanstvenim i industrijskim primjenama u nekoliko svrha:

Razaranje stanica: Ultrazvučna dezintegracija široko se primjenjuje u staničnoj biologiji i molekularnoj biologiji za razaranje staničnih membrana, čime se oslobađa stanični sadržaj poput proteina, nukleinskih kiselina i organela. To je korisno za ekstrakciju unutarstaničnih sastavnica radi analize ili za lizu stanica u mikrobiološkim i biotehnološkim procesima.

• Homogenizacija: Pomaže u ravnomjernom miješanju sastavnica uzorka, osobito pri radu s tekućinama koje se međusobno ne miješaju ili pri nastojanju da se postigne ujednačena smjesa materijala.
• Ekstrakcija proteina: U biologiji, proteomici i znanostima o životu analiza proteina vrlo je čest zadatak. Prije nego što se proteini mogu analizirati u ispitivanjima, moraju se ekstrahirati iz unutrašnjosti stanice i izolirati. Sonikatori su najčešće primjenjivana metoda za ekstrakciju proteina.
• Fragmentacija DNA: DNA i RNA različite su vrste nukleinskih kiselina koje pohranjuju i kodiraju genetske informacije u stanicama. Pri analizi DNA i RNA ponekad je potrebno fragmentirati duge lance, što se može pouzdano i učinkovito provesti sonikacijom.
• Priprema uzoraka: U istraživanju i analizi priprema uzoraka uobičajen je postupak prije primjene različitih analitičkih tehnika. Ultrazvučna dezintegracija može pomoći u otapanju ili dispergiranju uzoraka, što može poboljšati točnost i ponovljivost analiza.

Prednosti ultrazvučne dezintegracije

Zašto upotrebljavati sonikator sa sondom za dezintegraciju, razaranje stanica i ekstrakciju unutarstaničnih molekula i proteina? Sonikator ili ultrazvučni dezintegrator nudi brojne prednosti koje sonikaciju čine superiornom tehnologijom u usporedbi s drugim metodama dezintegracije, kao što su visokotlačna homogenizacija, mljevenje kuglicama ili mikrofluidizacija.

• Netoplinska metoda: Ultrazvučna dezintegracija netoplinska je metoda, što znači da se pri razgradnji materijala ne oslanja na toplinu. To je prednost u primjenama u kojima bi visoke temperature mogle razgraditi uzorke osjetljive na toplinu.
• Preciznost i kontrola: Postupak se može kontrolirati s velikom preciznošću, što omogućuje ciljano razaranje, miješanje ili smanjenje veličine čestica.
• Brzina i učinkovitost: Ultrazvučna obrada općenito je brza i učinkovita metoda, što je čini prikladnom za primjene s velikim kapacitetom obrade uzoraka.
• Smanjena upotreba kemikalija: U mnogim slučajevima ultrazvučna dezintegracija može smanjiti potrebu za agresivnim kemikalijama ili organskim otapalima, što može biti povoljno za okoliš i smanjiti rizik od kemijske kontaminacije.
• Bez sredstava za mljevenje, bez mlaznica: Alternativne tehnike dezintegracije, kao što su mljevenje kuglicama ili perlama te visokotlačni homogenizatori, imaju nedostatke. Mljevenje kuglicama ili perlama zahtijeva upotrebu sredstava za mljevenje (kuglica ili perli), čije je odvajanje i čišćenje mukotrpno. Visokotlačni homogenizatori imaju mlaznice sklone začepljenju. Nasuprot tome, ultrazvučni homogenizatori jednostavni su za upotrebu, vrlo pouzdani i robusni te zahtijevaju vrlo malo održavanja.
• Svestranost: Može se primijeniti na širok raspon materijala, uključujući bakterije, biljne stanice, tkivo sisavaca, alge, gljive itd., što je čini svestranom tehnikom u raznim područjima.
  Skalabilnost: Ultrazvučna tehnika može se povećati na mjerilo industrijskih procesa, što je čini prikladnom i za laboratorijske primjene i za proizvodnju velikih razmjera.

Načelo rada ultrazvučne dezintegracije i razaranja stanica

Ultrazvučna obrada stvara naizmjenične valove visokog i niskog tlaka u tekućini izloženoj ultrazvuku. Tijekom ciklusa niskog tlaka ultrazvučni valovi stvaraju male vakuumske mjehuriće u tekućini koji se snažno urušavaju tijekom ciklusa visokog tlaka. Ta se pojava naziva kavitacija. Implozija kavitacijskog mjehurića uzrokuje snažne hidrodinamičke smične sile koje najprije uzrokuju sonoporaciju, a zatim učinkovito razaranje staničnih struktura. Unutarstanične molekule i organele potpuno se oslobađaju u otapalo.

Ultrazvučna dezintegracija staničnih struktura

Smične sile mogu dezintegrirati vlaknasti celulozni materijal u sitne čestice i razbiti stijenke stanične strukture. Time se više unutarstaničnog materijala, poput škroba ili šećera, oslobađa u tekućinu. Osim toga, materijal stanične stijenke razbija se u sitne ostatke.

Taj se učinak može iskoristiti za fermentaciju, razgradnju i druge procese pretvorbe organske tvari. Nakon mljevenja i usitnjavanja ultrazvučna obrada čini veći dio unutarstaničnog materijala, npr. škroba, kao i ostatke stanične stijenke dostupnima enzimima koji pretvaraju škrob u šećere. Također povećava površinu izloženu enzimima tijekom ukapljivanja ili saharifikacije. Time se obično povećavaju brzina i prinos fermentacije kvascem te drugih procesa pretvorbe, npr. radi povećanja proizvodnje etanola iz biomase.

Primijenite ultrazvučnu dezintegraciju – pouzdano i učinkovito u svakom mjerilu

Sonikatori Hielscher dostupni su s različitim nazivnim snagama i kapacitetima obrade. Bilo da želite sonicirati male biološke uzorke od nekoliko mikrolitara do nekoliko litara ili trebate obrađivati velike tokove stanica ili biomase za proizvodnju, Hielscher Ultrasonics ponudit će vam najprikladniji ultrazvučni dezintegrator za vašu biološku primjenu.

• laboratorijsko mjerilo za 1mL do približno 5L, npr. UP400St sa sonotrodom od 22mm
• stolno mjerilo pri približno 0,1 do 20L/min, npr. UIP1000hdT sa sonotrodom od 34mm i protočnom ćelijom
• proizvodno mjerilo počevši od 20L/min, npr. UIP4000hdT ili UIP16000hdT

Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših laboratorijskih ultrazvučnih uređaja:

Upotrijebite obrazac u nastavku ako želite dobiti više informacija o upotrebi ultrazvučnih uređaja za dezintegraciju stanica. Rado ćemo vam pomoći.

Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših industrijskih ultrazvučnih uređaja:

Literatura / Reference

• 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.