Hielscher Ultrasonics
Bit će nam drago razgovarati o vašem procesu.
Nazovite nas: +49 3328 437-420
Pošaljite nam e-mail: info@hielscher.com

Ultrazvučna liza bioinžinjerskih stanica u industrijskoj proizvodnji

Bioinženjering vrste bakterija kao što je E. coli, kao i genetski modificirani tipovi stanica sisavaca i biljaka naširoko se koriste u biotehnologiji za ekspresiju molekula. Kako bi se oslobodile te sintetizirane biomolekule, potrebna je pouzdana tehnika razbijanja stanica. Ultrazvučna obrada visokih performansi je dokazana metoda za učinkovitu i pouzdanu lizu stanica – lako skalabilan na velike propusnosti. Hielscher Ultrasonics nudi vam ultrazvučnu opremu visokih performansi za učinkovitu lizu stanica kako bi se proizvele velike količine visokokvalitetnih biomolekula.

Ekstrakcija molekula iz tvornica stanica

Za proizvodnju širokog spektra biomolekula, različiti projektirani mikrobi i biljne stanice mogu se koristiti kao tvornice mikrobnih stanica, uključujući Escherichia coli, Bacillus subtilis, Pseudomonas putida, Streptomyces, Corynebacterium glutamicum, Lactococcus lacti, Cyanobacteria, Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Yarrowia lipolytica, Nicotiana benthamiana i alge, između mnogih drugih. Ove tvornice stanica mogu proizvoditi proteine, lipide, biokemikalije, polimere, biogoriva i oleokemikalije, koje se koriste kao hrana ili sirovina za industrijske primjene. Stanice koje se koriste kao tvornice stanica uzgajaju se u zatvorenim bioreaktorima, gdje mogu postići visoku učinkovitost, specifičnost i niske energetske potrebe.
Kako bi se izolirale ciljne molekule iz staničnih kultura dobivenih bioinženjeringom, stanice moraju biti prekinute tako da se oslobodi unutarstanični materijal. Ultrazvučni razarači stanica dobro su etablirani kao vrlo pouzdana i učinkovita tehnika za razgradnju stanica i oslobađanje spojeva.

Zahtjev za informacije




Imajte na umu naše politika privatnosti.




Ultrazvučna dezintegracija stanica koristi se za izolaciju spojeva iz tvornica bakterijskih stanica.

Ultrazvučni dezintegratori stanica kao što je UIP2000hdT koriste se za izolaciju spojeva iz tvornica mikrobnih stanica.

Tvornice mikrobnih stanica metabolički su projektirane stanice koje se koriste za sintezu različitih spojeva kao što su bioaktivne tvari, aktivni farmaceutski sastojci (API), biogoriva, polimeri i proteini. Ultrazvučni dezintegratori stanica pouzdani su, brzi i učinkoviti kada je riječ o izolaciji tih vrijednih spojeva iz unutrašnjosti stanice.

Tvornice mikrobnih stanica su metabolički projektirane stanice koje se koriste za sintezu raznih vrijednih spojeva. Ultrazvučno razbijanje stanica je učinkovita i pouzdana metoda za oslobađanje vrijednih spojeva iz unutrašnjosti stanice.
studija i grafika: ©Villaverde, 2010.

Prednosti ultrazvučnih disruptora stanica

Kao ne-termalna, blaga, ali vrlo učinkovita tehnologija, ultrazvučni disruptori koriste se u laboratoriju i industriji za lizu stanica i proizvodnju visokokvalitetnih ekstrakata, npr. za izolaciju molekula iz tvornica stanica.

Zašto ultrazvučni uređaji za uništavanje stanica?

  • Visoko učinkovit
  • Ne termički, idealan za temperaturno osjetljive tvari
  • Pouzdani, ponovljivi rezultati
  • Precizna kontrola obrade
  • Linearno skalabilan na veće propusnosti
  • Dostupno za industrijske proizvodne kapacitete

Snažni ultrazvuk za učinkovito uništavanje tvornica mikrobnih stanica

Mehanizam i učinci ultrazvučnih disruptora stanica:
Ultrazvučno razbijanje stanica koristi se u stolnim i industrijskim razmjerima za ometanje metabolički projektiranih mikrobnih stanica, takozvanih tvornica stanica, kako bi se oslobodile vrijedne spojeve.Ultrazvučno ometanje stanica koristilo je snagu ultrazvučnih valova. Ultrazvučni homogenizator / stanični disruptor opremljen je sondom (aka sonotroda) izrađenom od legure titana koja oscilira na visokoj frekvenciji od cca. 20 kHz. To znači da ultrazvučna sonda spaja 20 000 vibracija u sekundi u ultrazvučno obrađenu tekućinu. Ultrazvučne valove spojene u tekućinu karakteriziraju izmjenični ciklusi visokog i niskog tlaka. Tijekom ciklusa niskog tlaka, tekućina se širi i nastaju sitni vakuumski mjehurići. Ovi vrlo mali mjehurići rastu tijekom nekoliko izmjeničnih ciklusa pritiska sve dok više ne mogu apsorbirati energiju. U ovoj točki kavitacijski mjehurići snažno implodiraju i lokalno stvaraju izvanredno energetski bogato okruženje. Ovaj fenomen je poznat kao akustična kavitacija i karakteriziraju ga lokalno vrlo visoke temperature, vrlo visoki pritisci i sile smicanja. Ova smična naprezanja učinkovito razbijaju stanične stijenke i povećavaju prijenos mase između unutrašnjosti stanice i okolnog otapala. Kao čisto mehanička tehnika, ultrazvučno generirane sile smicanja naširoko su korištene i preporučeni postupak za razbijanje bakterijskih stanica, kao i za izolaciju proteina. Kao jednostavna i brza metoda uništavanja stanica, sonikacija je idealna za izolaciju malih, srednjih i velikih volumena. Hielscherovi digitalni ultrazvučni uređaji opremljeni su jasnim izbornikom postavki za preciznu kontrolu sonikacije. Svi podaci ultrazvuka automatski se pohranjuju na ugrađenu SD karticu i jednostavno su dostupni. Sofisticirane opcije rasipanja topline kao što su vanjsko hlađenje, sonikacija u pulsnom načinu itd. tijekom procesa ultrazvučne dezintegracije osiguravaju održavanje idealne procesne temperature, a time i netaknutost ekstrahiranih spojeva osjetljivih na toplinu.

Istraživanja naglašavaju prednosti ultrazvučnog uništavanja i ekstrakcije stanica

Prof. Chemat i sur. (2017) nastavlja u svojoj studiji da je „ekstrakcija potpomognuta ultrazvukom zelena i ekonomski održiva alternativa konvencionalnim tehnikama za hranu i prirodne proizvode. Glavne prednosti su smanjenje vremena ekstrakcije i obrade, količina utrošene energije i otapala, rad jedinice i CO2 emisije.”
Gabig-Ciminska i sur. (2014) koristili su visokotlačni homogenizator i ultrazvučni stanični dsintegrator u svojoj studiji za lizu spora kako bi se oslobodila DNA. Uspoređujući obje metode razbijanja stanica, istraživački tim zaključuje da je u vezi sa staničnom lizom za DNK spora, “analiza provedena korištenjem staničnih lizata iz visokotlačne homogenizacije. Nakon toga smo shvatili da ultrazvučno razbijanje stanica ima izvanredne prednosti u tu svrhu. Prilično je brz i može se obraditi za male količine uzoraka.” (Gabig-Ciminska i sur., 2014.)

Ultrazvučni procesor UIP4000hdT snage 4000 watta koristi se za ometanje bioinžinjerskih stanica (tj. tvornica stanica) kako bi se oslobodile ciljne molekule.

Industrijski ultrazvučni dezintegrator ćelija UIP4000hdT (4000 W, 20 kHz) za kontinuiranu inline izolaciju i pročišćavanje sintetiziranih spojeva iz tvornica mikrobnih stanica.

Zahtjev za informacije




Imajte na umu naše politika privatnosti.




Biomolekule iz tvornica stanica za proizvodnju hrane

Tvornice mikrobnih stanica održiva su i učinkovita proizvodna metodologija koja koristi mikrobne organizme za proizvodnju visokih prinosa prirodnih i ne-nativnih metabolita metaboličkim bioinženjeringom mikrobnih mikroorganizama kao što su bakterije, kvasci, gljivice itd. Skupni enzimi se, na primjer, proizvode pomoću mikroorganizama npr. poput Aspergillus oryzae, gljiva i bakterija. Ti masovni enzimi koriste se za proizvodnju hrane i pića, kao iu poljoprivredi, bioenergiji i njezi kućanstva.
Određene bakterije kao što su Acetobacter xylinum i Gluconacetobacter xylinus proizvode celulozu tijekom procesa fermentacije, gdje se nanovlakna sintetiziraju u procesu odozdo prema gore. Bakterijska celuloza (poznata i kao mikrobna celuloza) kemijski je ekvivalentna biljnoj celulozi, ali ima visok stupanj kristalnosti i visoku čistoću (bez lignina, hemiceluloze, pektina i drugih biogenih komponenti), kao i jedinstvenu strukturu celuloznih nanovlakana- tkana trodimenzionalna (3D) mrežasta mreža. (usp. Zhong, 2020.) U usporedbi s celulozom biljnog podrijetla, bakterijska celuloza je održivija, a proizvedena celuloza je čista i ne zahtijeva složene korake pročišćavanja. Ultrazvučna obrada i ekstrakcija otapalom pomoću NaOH ili SDS (natrij dodecil sulfat) vrlo su učinkoviti za izolaciju bakterijske celuloze iz bakterijskih stanica.

Biomolekule iz tvornica stanica za proizvodnju lijekova i cjepiva

Jedan od najistaknutijih farmaceutskih proizvoda dobivenih iz tvornica stanica je ljudski inzulin. Za bioinžinjersku proizvodnju inzulina koriste se pretežno E. coli i Saccharomyces cerevisiae. Budući da biosintetizirane molekule nano veličine nude visoku biokompatibilnost, biološke nanočestice kao što je feritin su korisne za brojne primjene u bioproizvodnji. Dodatno, proizvodnja u mikrobima modificiranim metaboličkim inženjeringom često je znatno učinkovitija u dobivenim prinosima. Na primjer, proizvodnja artemizinske kiseline, resveratrola i likopena porasla je deseterostruko do nekoliko stotina puta i već je uspostavljena ili je u razvoju za industrijsku proizvodnju. (usp. Liu et al.; Microb. Cell Fact. 2017.)
Na primjer, biomolekule nano veličine na bazi proteina sa svojstvima samosklapanja kao što su feritin i čestice slične virusu posebno su zanimljive za razvoj cjepiva budući da oponašaju i veličinu i strukturu patogena te su podložne površinskoj konjugaciji antigena za promicanje interakcija s imunološkim stanicama. Takve se molekule eksprimiraju u takozvanim tvornicama stanica (npr. modificirani sojevi E. coli), koje proizvode određenu ciljnu molekulu.

Protokol za ultrazvučnu lizu i E. coli BL21 za otpuštanje feritina

Feritin je protein čija je primarna funkcija skladištenje željeza. Feritin pokazuje obećavajuće sposobnosti kao nanočestice koje se same sastavljaju u cjepivima, gdje se koristi kao sredstvo za dostavu cjepiva (npr. šiljasti proteini SARS-Cov-2). Znanstveno istraživanje Sun et. al. (2016) pokazuje da se rekombinantni feritin može osloboditi kao topljivi oblik iz Escherichie coli pri niskim koncentracijama NaCl (≤50 mmol/L). U svrhu ekspresije feritina u E. coli BL21 i oslobađanja fertina, uspješno je primijenjen sljedeći protokol. Rekombinantni pET-28a/feritin plazmid transformiran je u soj E coli BL21 (DE3). Stanice feritina E coli BL21 (DE3) uzgajane su u LB mediju za rast s 0,5% kanamicina na 37°C i inducirane na OD600 od 0,6 s 0,4% izopropil-β-D-tiogalaktopiranozida tijekom 3 sata na 37°C. Konačna kultura je zatim sakupljena centrifugiranjem na 8000 g tijekom 10 minuta na 4°C, a talog je sakupljen. Zatim je talog resuspendiran u LB mediju (1% NaCl, 1% Typone, 0,5% ekstrakta kvasca)/puferu za lizu (20 mmol/L Tris, 50 mmol/L NaCl, 1 mmol/L EDTA, pH 7,6) i različitim koncentracije otopine NaCl (0, 50, 100, 170, odnosno 300 mmol/L). Za lizu bakterijskih stanica, sonikacija je primijenjena u pulsnom načinu rada: npr. korištenjem Ultrasonicator UP400St pri 100% amplitudi s radnim ciklusom od 5 sekundi UKLJUČENO, 10 sekundi ISKLJUČENO, tijekom 40 ciklusa) i zatim centrifugirano na 10 000 g 15 minuta na 4°C. Supernatant i precipitat analizirani su elektroforezom u poliakrilamidnom gelu s natrijevim dodecil sulfatom (SDS-PAGE). Svi gelovi obojeni natrijevim dodecil sulfatom skenirani su skenerom visoke rezolucije. Slike gela analizirane su pomoću softvera Magic Chemi 1D. Za optimalnu jasnoću, proteinske trake su otkrivene podešavanjem parametara. Podaci za trake generirani su iz tehničkih triplikata. (usp. Sun et al., 2016.)

Zahtjev za informacije




Imajte na umu naše politika privatnosti.




Ultrazvučni disruptori stanica za industrijsku lizu tvornica stanica

Ultrazvučna liza i ekstrakcija je pouzdana i ugodna metoda za oslobađanje metabolita iz staničnih tvornica čime se pomaže učinkovita proizvodnja ciljanih molekula. Ultrazvučni disruptori stanica dostupni su od laboratorijskih do industrijskih veličina, a procesi se mogu skalirati potpuno linearno.
Hielscher Ultrasonics je vaš kompetentan partner za ultrazvučne disruptore visokih performansi i ima dugogodišnje iskustvo u području implantacije ultrazvučnih sustava u stolnim i industrijskim postavkama.
Hielscher ultrasonicators može se daljinski kontrolirati putem kontrole preglednika. Parametri sonikacije mogu se pratiti i precizno prilagoditi zahtjevima procesa.Kada je riječ o sofisticiranom hardveru i softveru, Hielscher Ultrasonics sustavi za ometanje stanica ispunjavaju sve zahtjeve za optimalnu kontrolu procesa, jednostavan rad i lakoću korištenja. Kupci i korisnici Hielscher ultrasonicators cijene prednosti koje Hielscher ultrazvučni ćelijski disruptori i ekstraktori omogućuju za precizno praćenje procesa i kontrolu – putem digitalnog zaslona osjetljivog na dodir i daljinskog upravljača preglednika. Svi važni podaci ultrazvuka (npr. neto energija, ukupna energija, amplituda, trajanje, temperatura, tlak) automatski se pohranjuju kao CSV datoteka na integriranoj SD kartici. To pomaže u dobivanju reproducibilnih i ponovljivih rezultata i olakšava standardizaciju procesa kao i ispunjavanje Dobre proizvođačke prakse (cGMP).
Naravno, Hielscher ultrazvučni procesori napravljeni su za 24/7 rad pod punim opterećenjem i stoga mogu pouzdano raditi u postavkama industrijske proizvodnje. Zbog visoke robusnosti i malog održavanja, vrijeme zastoja ultrazvučne opreme je stvarno kratko. Značajke CIP (čišćenje na mjestu) i SIP (sterilizacija na mjestu) minimiziraju naporno čišćenje, posebno zato što su svi mokri dijelovi glatke metalne površine (bez skrivenih otvora ili mlaznica).

Donja tablica daje vam naznaku približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Volumen serije Protok Preporučeni uređaji
1 do 500 ml 10 do 200 ml/min UP100H
10 do 2000 ml 20 do 400 ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10 do 100l 2 do 10L/min UIP4000hdT
na 10 do 100L/min UIP16000
na veći klaster od UIP16000

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Pitajte za više informacija

Molimo upotrijebite donji obrazac kako biste zatražili dodatne informacije o ultrazvučnim procesorima, primjeni i cijeni. Bit će nam drago razgovarati s vama o vašem procesu i ponuditi vam ultrazvučni sustav koji odgovara vašim zahtjevima!









Imajte na umu naše politika privatnosti.




Ultrazvučni homogenizatori visokog smicanja koriste se u laboratorijskoj, stolnoj, pilotskoj i industrijskoj obradi.

Hielscher Ultrasonics proizvodi visokoučinkovite ultrazvučne homogenizatore za aplikacije miješanja, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju u laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.



Literatura / Reference

Činjenice koje vrijedi znati

sono-bioreaktori

Ultrazvuk se s jedne strane koristi za ometanje stanica kako bi se oslobodili unutarstanični spojevi, ali primijenjen s blažim amplitudama i/ili kao pulsirajući ultrazvučni udari, sonikacija može uvelike povećati metaboličku produktivnost mikrobnih, biljnih i životinjskih stanica u bioreaktorima, čime se potiču biotehnološki procesi. Ultrazvučne sonde mogu se jednostavno integrirati u bioreaktore (tzv. sono-bioreaktore) kako bi se pojačala učinkovitost živih biokatalizatora. Hielscher ultrasonicators omogućuju precizno kontrolirane ultrazvučne uvjete, koji se mogu optimalno fino podesiti na visoku katalitičku pretvorbu živih stanica. Saznajte više o Hielscher ultrazvučnim sondama za sonobioreaktore i učincima ultrazvučno poboljšane biokatalize!

Stanične tvornice i sinteza metabolita

Različiti mikroorganizmi mogu sintetizirati slične metabolite, na primjer, za proizvodnju aminokiselina uspješno se koriste Corynebacterium, Brevibacterium i Escherichia coli; vitamini su sintetizirani pomoću Propionibacterium i Pseudomonas; organske kiseline su izvedene iz Aspergillus, Lactobacillus, Rhizopus; dok enzime mogu proizvesti Aspergillus i Bacillus; antibiotike mogu proizvoditi Streptomyces i Penicillium; dok se za proizvodnju biosurfaktanata uobičajeno formirani Pseudomonas, Bacillus i Lactobacillus koriste kao tvornice stanica.

E. Coli kao tvornice mikrobnih stanica

Bakterija E. coli i njezini brojni sojevi široko su korišteni u molekularnoj biologiji i postali su jedan od prvih učinkovitih staničnih modela koji se koriste kao tvornice mikrobnih stanica za proizvodnju rekombinantnih proteina, biogoriva i raznih drugih kemikalija. E. coli ima prirodnu sposobnost proizvodnje nekoliko spojeva, koja je poboljšana bioinženjeringom i genetskim modifikacijama. Na primjer, prijenosom heterolognih enzima, sposobnost E.coli da proizvodi brojne proizvode modificirana je kako bi se razvili novi biosintetski putovi.
(Antonio Valle, Jorge Bolívar: Chapter 8 – Escherichia coli, the workhorse cell factory for the production of chemicals. In: Editor(s): Vijai Singh, Microbial Cell Factories Engineering for Production of Biomolecules, Academic Press, 2021. 115-137.)

Streptomyces kao tvornice mikrobnih stanica

Streptomyces je najveća skupina aktinomiceta; Vrste Streptomyces široko su rasprostranjene u vodenim i kopnenim ekosustavima. Članovi roda Streptomyces su od komercijalnog interesa zbog svoje sposobnosti proizvodnje ogromnog broja biomolekula i bioaktivnih sekundarnih metabolita. Proizvodi klinički korisne antibiotike kao što su tetraciklini, aminoglikozidi, makrolidi, kloramfenikol i rifamicini. Osim antibiotika, Streptomyces proizvodi i druge vrlo vrijedne farmaceutske proizvode uključujući antikancerogene, imunostimulatorne, imunosupresivne, antioksidativne agense, insekticide i antiparazitske lijekove, koji imaju široku primjenu u medicini i poljoprivredi.
Vrste Streptomyces proizvode niz enzima koji su medicinski važni, uključujući L-asparaginazu, urikazu i kolesterol oksidazu. Mnoge aktinomicete mogu proizvoditi industrijski važne enzime kao što su celulaze, kitinaze, kitozanaze, α-amilaze, proteaze i lipaze. Mnoge aktinomicete mogu proizvesti različite pigmente koji su potencijalno dobra alternativa sintetskim bojama. Vrste Streptomyces imaju veliku sposobnost proizvodnje aktivnih površinskih biomolekula uključujući bioemulgatore i biosurfaktante. Antidijabetičku akarbozu proizveli su sojevi Streptomyces putem mikrobne fermentacije. Vrste Streptomyces pokazale su sposobnost sintetiziranja inhibitora sinteze kolesterola, poput pravastatina. Nedavno se vrste Streptomyces mogu koristiti kao ekološki prihvatljive "nanotvornice" za sintezu nanočestica. Neke vrste Streptomyces obećavaju proizvodnju vitamina B12.
(Noura El-Ahmady El-Naggar: Chapter 11 – Streptomyces-based cell factories for production of biomolecules and bioactive metabolites, In: Editor(s): Vijai Singh, Microbial Cell Factories Engineering for Production of Biomolecules, Academic Press, 2021. 183-234.)


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi od laboratorija do industrijska veličina.

Bit će nam drago razgovarati o vašem procesu.

Let's get in contact.