サンプル調製のためのプローブ型超音波処理:包括的なガイド
プローブタイプの超音波処理は、細胞を破壊し、DNAを剪断し、液体サンプル中の粒子を分散させるための強力なツールです。ライフサイエンス、微生物学、臨床分析のすべての技術と同様に、超音波処理は、特に熱に敏感な材料を扱う場合に、サンプルの損傷を避けるために慎重な最適化を必要とします。ヒントに従う – 例えば、サンプルを氷上に保持する、超音波処理振幅を制御する、パルスモードを使用する、ソノトロードの浸漬深さを最適化するなど – 効果的かつ再現性のある結果を得ることができます。最終的に、十分に最適化された超音波処理プロトコルは、ダウンストリームアプリケーションの成功を保証し、貴重なサンプルの完全性を維持します。
超音波 – サンプル調製に不可欠なステップ
プローブ型超音波処理は、生物学、化学、および材料研究におけるサンプル調製に広く使用されている技術です。このプロセスでは、超音波エネルギーを使用して細胞をバラバラにしたり、DNAをせん断したり、ナノ粒子を分散させたり、溶液を乳化したりします。プローブ(ソノトロード、ホーン、ソノプローブ)を介して液体サンプルを介して高エネルギー超音波を伝送するプローブ型超音波処理は、高圧、乱流、およびキャビテーションの局所領域を作り出し、細胞構造を機械的に破壊するか、または粒子を均一に分散させる。ただし、この手法では、サンプル、特にタンパク質や核酸などの敏感な生体材料に損傷を与えないように、慎重な最適化が必要です。プローブタイプの超音波処理に関するこのガイドは、効果的なサンプル調製のための実用的なヒントを提供します。

超音波ラボホモジナイザーUP200Ht は、サンプル調製、溶解、抽出、DNA断片化、溶解のための研究室で人気があります。
- 振幅設定の調整
超音波処理の振幅とは、プローブによって生成される振動の大きさを指します。振幅が大きいほど、より強い超音波エネルギーが得られますが、より多くの熱が発生するため、サンプルの劣化リスクが高まります。対照的に、振幅が小さいほど、より穏やかな超音波処理が可能になり、サンプルの完全性を維持しながら熱の蓄積が減少します。
特定のアプリケーションによっては、短いバーストに非常に高い振幅を適用するよりも、より低い振幅を長期間使用する方が良い結果が得られる場合があります。このアプローチにより、熱劣化の可能性を低減しながら、サンプルの適切な破壊または混合を確保します。 - 自動データプロトコルを使用する
すべてのヒールシャーデジタルソニケーターのスマートメニューは、自動データ記録を備えています。ソニケーターのスイッチを入れた瞬間、エネルギー入力(合計とネット)、振幅、電力、時間などのすべての重要なデータ – 温度センサーと圧力センサーを接続している場合は、温度と圧力も監視されます。すべてのデータは、内蔵SDカードにCSVファイルとして日付とタイムスタンプ付きで書き込まれます。
- 超音波処理時間の最適化:タイミングを正しくする
超音波処理の持続時間は、損傷を引き起こさずにサンプルの破壊を成功させるために重要な役割を果たします。過剰に超音波処理するとサンプルの劣化につながる可能性がありますが、超音波処理が不十分な場合、サンプルの処理が不十分になる可能性があります。理想的な持続時間は、サンプルの種類(細胞、組織、粒子など)、量、濃度によって異なります。
私たちのヒント: 小さく始めて、超音波処理時間を段階的に増やします。短い超音波処理セッションから始めて、サンプルの混乱の程度を評価するにつれて徐々に時間を増やします。さらに、過剰超音波処理の指標として、泡立ちや過度の加熱の兆候がないか、サンプルを視覚的に観察します。 - パルスモードを使用して熱の蓄積を最小限に抑える
ヒールシャーソニケーターはパルスモードで操作でき、これは温度に敏感なサンプルに特に有用です。パルスモードは、超音波処理と休止段階を交互に繰り返し、サンプルをパルス間で冷却することができます。これにより、急激な温度スパイクが防止され、熱による劣化のリスクが最小限に抑えられます。 - 温度制御の重要性:サンプルを冷たく保つ
超音波処理は超音波エネルギーを液体に伝達し、乱流と摩擦により熱を発生させます。これを放置すると、温度が上昇し、タンパク質、酵素、核酸などの敏感な生体サンプルが劣化する可能性があります。これを軽減するためには、超音波処理中の温度制御が重要です。
過熱を防ぐための最も簡単で効果的な方法の1つは、超音波処理プロセス全体を通してサンプルを氷上に保つことです。これにより、安定した低温を維持し、サンプルを熱劣化から保護します。
すべてのヒールシャーデジタル超音波処理器は、温度監視を備えています。プラグ可能な温度センサーは、サンプル内の温度を連続的に測定します。プログラムの設定温度制限に応じて、ソニケーターは上限温度に達すると自動的に一時停止し、設定温度デルタの下限に達するとすぐにソニケーターを続けます。
さらに、次のことができます。- 超音波処理プロセスを開始する前に、サンプルチューブを氷の上に置きます。
- 長時間のセッションが必要な場合は、定期的に超音波処理を一時停止して冷却します。
- 超音波処理後にサンプルを氷上に置いて、さらに安定させます。
これは、タンパク質が高温で急速に変性する可能性があるため、タンパク質サンプルにとって特に重要です。サンプルを低温に保つことで、ウェスタンブロッティング、酵素アッセイ、質量分析などのダウンストリームアプリケーションのための機能的完全性を維持できます。
- サンプルに適したソノトロードサイズ
ライフサイエンスおよび微生物学におけるサンプルの超音波処理に適したソノトロードサイズを選択することは、細胞または生体分子の最適なエネルギー移動と効果的な破壊を確保するために重要です。適切なサイズのソノトロードは、細胞壁の破壊、細胞の溶解、サンプルの均質化に不可欠な効率的なキャビテーションを可能にします。ソノトロードがサンプルの量や種類に対して大きすぎたり小さすぎたりすると、不均一な超音波処理、過度の加熱、または不十分な細胞破壊を引き起こし、実験結果を損なう可能性があります。したがって、適切なソノトロードサイズを選択することで、サンプルの完全性を維持し、実験の再現性を確保することができます。
- 正しいプローブの深さ:泡立ちを防ぎ、均一な露出を防ぎます
プローブの配置は、超音波処理において重要であるにもかかわらず見落とされがちな要素です。適切なプローブの深さにより、効率的なエネルギー移動とサンプル混合が保証されます。プローブが浅すぎると、過度の発泡が発生する可能性があり、気泡が閉じ込められ、超音波処理の効果が低下する可能性があります。プローブが深すぎると、十分な循環が得られず、サンプルの超音波処理が不均一になる可能性があります。
理想的なプローブの深さは、通常、チューブまたは容器内の液体の高さの1/4から1/3の間にあります。さまざまな深さで実験して、発泡を起こさずにエネルギー伝達を最大化する最適な位置を見つけます。
大きなサンプル容器は、ソノトロードをサンプル中をゆっくりと移動させて、サンプル全体の均一な超音波処理を確保することで利益を得ることができます。
マルチサンプルソニケーターモデルを使用する場合 カップホーン またはUIP400MTP、マニュアルに記載されているようにカップホーンを満たします。 - 超音波処理プロセスの最適化:サンプルに合わせて調整
プローブタイプの超音波処理を成功させるための鍵は最適化です。細胞、組織、化学物質などのサンプルが異なれば、超音波エネルギーに対する反応も異なるため、特定のニーズに合わせてプロセスを調整することが重要です。最適化中に考慮すべき要素は次のとおりです。
サンプル量: より大きなボリュームは、より長い超音波処理時間またはより高い振幅を必要とするかもしれません。
サンプル粘度: 粘性サンプルは、十分な破壊を達成するためにより強力な超音波処理が必要な場合があります。
望ましい結果: 硬い組織を溶解している場合は、より強力な超音波処理レジームが必要になる場合がありますが、DNAせん断には短い超音波処理で十分な場合があります。
パラメータを体系的にテストし、改良する – 振幅、持続時間、プローブの深さなど、独自のサンプルの超音波処理プロセスを最適化できます。
あなたのサンプル調製タスクに適したソニケーターを見つけてください
ヒールシャー超音波は、あなたのサンプル調製タスクのための超音波発生器のフルスペクトルポートフォリオを提供しています。サンプルの種類、容量、取り組んでいる特定のアプリケーションなど、重要な要素を教えてください。私たちの専門家チームは、あなたの研究実験に最適な超音波ホモジナイザーを提供する喜んであなたに相談します。
以下の表は、ラボサイズの超音波装置のおおよその処理能力を示しています。
推奨デバイス | バッチボリューム | 流量 |
---|---|---|
UIP400MTP 96ウェルプレートソニケーター | マルチウェル/マイクロタイタープレート | N.A. |
超音波カップホーン | バイアルまたはビーカー用のCupHorn | N.A. |
GDmini2の | 超音波マイクロフローリアクター | N.A. |
バイアルツイーター | 0.5〜1.5mL | N.A. |
UP100Hの | 1〜500mL | 10〜200mL/分 |
UP200HTの, UP200セント | 10〜1000mL | 20〜200mL/分 |
UP400セント | 10〜2000mL | 20〜400mL/分 |
超音波ふるいシェーカー | N.A. | N.A. |
ヒールシャー超音波はISO認定企業であり、最先端の技術と使いやすさを特徴とする高性能超音波装置に特に重点を置いています。もちろん、ヒールシャー超音波装置はCEに準拠しており、UL、CSAおよびRoHsの要件を満たしています。

ヒールシャー超音波は、サンプル調製と臨床分析のための強力な非接触超音波発生器を供給しています。 マルチウェルプレートソニケーター UIP400MTP、 VialTweeterの カップホーン そして GDmini2フローソニケーター サンプルに触れずに処理します。
- 高効率
- 最先端のテクノロジー
- 確実 & 丈夫
- 調整可能で正確なプロセス制御
- バッチ & インライン
- 任意のボリュームに対応
- インテリジェントソフトウェア
- スマート機能(プログラム可能、データプロトコル、リモートコントロールなど)
- 操作が簡単で安全
- 低メンテナンス
- CIP (定置洗浄)

VialTweeterソニケーター 10個のサンプルを同時にソニケーションするためのソニケーター、 例えば、細胞を破壊し、タンパク質を抽出し、DNAを剪断する
文献/参考文献
- 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.
- Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
- Giricz Z., Varga Z.V., Koncsos G., Nagy C.T., Görbe A., Mentzer R.M. Jr, Gottlieb R.A., Ferdinandy P. (2017): Autophagosome formation is required for cardioprotection by chloramphenicol. Life Science Oct 2017. 11-16.
- Hemida, Yasmine (2016): Effect of Rapamycin as an Inhibitor of the mTOR Cell Cycle Entry Complex on the Selective Lysis of Human Leukemia Cells Lines in Vitro Using 20 kHz Pulsed Low-Frequency Ultrasound. Honors Capstone Projects – All. 942, 2016.
- Fernandes, Luz; Santos, Hugo; Nunes-Miranda, J.; Lodeiro, Carlos; Capelo, Jose (2011): Ultrasonic Enhanced Applications in Proteomics Workflows: single probe versus multiprobe. Journal of Integrated OMICS 1, 2011.
- Priego-Capote, Feliciano; Castro, María (2004): Analytical uses of ultrasound – I. Sample preparation. TrAC Trends in Analytical Chemistry 23, 2004. 644-653.
- Welna, Maja; Szymczycha-Madeja, Anna; Pohl, Pawel (2011): Quality of the Trace Element Analysis: Sample Preparation Steps. In: Wide Spectra of Quality Control; InTechOpen 2011.
よくある質問
超音波処理の目的は何ですか?
超音波処理の目的は、通常は超音波範囲の音波を使用してサンプル中の粒子を攪拌し、細胞破壊、均質化、分子構造の分解などのプロセスを促進することです。これは、混合を促進し、反応を促進し、または細胞内容物を放出するために、生物学、化学、および材料科学のアプリケーションで一般的に使用されています。
超音波処理技術とは何ですか?
超音波処理技術は、強い超音波(通常は20 – 30 kHz)液体媒体で急速な振動を発生させます。これらの振動は、音響キャビテーションとして知られるプロセスである微細な気泡の形成と崩壊を引き起こします。このキャビテーションは局所的な高圧と温度を作り出し、細胞を破壊したり、粒子を分散させたり、化学反応を促進したりする可能性があります。超音波処理の技術は、細胞溶解、抽出、DNAせん断、均質化、ナノ粒子合成などの用途のために実験室で広く使用されています。
超音波処理用のサンプルをどのように準備しますか?
超音波処理用のサンプルを調製するために、サンプル材料(通常は液体または懸濁固体)を適切な容器、多くの場合ガラスフラスコ、プラスチックチューブ、またはマルチウェルプレートに入れ、超音波振動に対応してこぼれを防ぐのに十分な容量にします。必要に応じて、サンプルを緩衝液または溶媒で希釈して、所望の濃度を維持し、超音波処理中の過熱を防ぎます。熱に弱いサンプルの場合、容器を氷浴または冷却ジャケットに部分的に沈めて、超音波によって発生する熱を放散します。超音波発生器のプローブは、効率的なエネルギー伝達を確保するために適切に配置されています。振幅、時間、パルスモードなどのパラメータは、実験の特定の要件に基づいて設定されます。
超音波処理はDNAを壊しますか?
はい、超音波処理はDNAを壊すことができます。超音波処理中に生成される高エネルギー超音波は、高圧と熱の局所領域を作り出すことによってDNA分子をせん断し、DNA鎖に機械的ストレスをもたらす可能性があります。これにより、DNAが断片化されます。DNA切断の程度は、超音波処理の期間と強度によって異なります。クロマチン免疫沈降法(ChIP)や次世代シーケンシング(NGS)ライブラリー調製などの一部の実験では、制御されたDNAせん断のための信頼性の高い技術として超音波処理が使用されています。