Hielscher 초음파 기술

초음파 처리 Lysis: 세포 중단 & 추출

세포 분해 또는 용해는 생명 공학 연구소의 일일 샘플 준비의 공통된 부분입니다. 용해의 목적은 세포벽의 일부 또는 완전한 세포를 파괴하여 생물학적 분자를 방출하는 것입니다. 소위 용 해물은 예를 들어 플라스미드, 수용체 분석법, 단백질, DNA, RNA 등으로 구성 될 수 있습니다. 용해의 다음 단계는 분획 화, 세포 소기 단리 및 / 또는 단백질 추출 및 정제입니다. 추출 된 물질 (= 용 해물)은 분리되어야하며, 예를 들어 단백질학 연구와 같은 추가 조사 또는 적용을 받아야합니다. 초음파 균질 기는 성공적인 세포 용해를위한 일반적인 도구입니다. 초음파 강도는 공정 파라미터를 조정함으로써 평탄화 될 수 있으므로, 매우 부드럽고 매우 단단한 최적의 초음파 강도는 특정 적용 요건을 충족시키기 위해 각 물질 및 매질마다 개별적으로 설정할 수 있습니다.

세포 구조

세포는 포스 포 - 지질 이중층 (단백질 - 지질 이중층 : 소수성 지질과 단백질 분자가 포획 된 친수성 인 분자로 구성됨)으로 구성된 반투과성 플라즈마 막에 의해 보호되며 세포 내부 (세포질)와 세포 내부 세포 외 환경. 식물 세포와 원핵 세포는 세포벽으로 둘러싸여 있습니다. 셀룰로오스의 다중 층 두꺼운 세포벽으로 인해, 식물 세포는 동물 세포보다 용해되기가 더 어렵습니다. organelles, nucleus, mitochondrion과 같은 세포 내부는 세포 골격에 의해 안정화됩니다.
세포를 용해시킴으로써 세포 소기관, 단백질, DNA, mRNA 또는 기타 생체 분자를 추출하고 분리하는 것을 목표로합니다.

초음파 파괴자는 식물 공급원 (예 : 식물, 조류, 곰팡이)에서 추출하는 데 사용됩니다.

식물 세포에서 초음파 추출 : 현미경 횡방향 섹션 (TS)은 세포에서 초음파 추출 (배율 2000x)에서 초음파 추출 중에 작용 메커니즘을 보여줍니다 [자원 : Vilkhu et al. 2011]

행동 양식

세제 나 용매의 사용, 고압의 적용, 또는 비드 밀 또는 프렌치 프레스의 사용을 포함하여 기계적 방법과 화학적 방법으로 나누어 질 수있는 세포를 용균시키는 몇 가지 방법이 있습니다. 이러한 방법의 가장 문제가되는 단점은 공정 매개 변수의 제어 및 조정이 어렵고 그에 따라 영향을 받는다는 것입니다.
일반적인 용해 방법의 주요 단점 :

다른 용해 기술

테이블 : 세포 용해의 전통적인 방법에는 중요한 불리가 있습니다

반대로, 초음파 처리는 세포 분해를위한 매우 효율적이고 신뢰할 수있는 도구로서 초음파 처리 매개 변수를 완벽하게 제어 할 수 있습니다. 이는 재료 방출 및 제품 순도에 대한 높은 선택성을 보장합니다. [Balasundaram et al. 2009] 모든 세포 유형에 적합하며 소형 및 대규모로 쉽게 적용 할 수 있습니다. 초음파 세척기는 쉽게 세척 할 수 있습니다. 초음파 균질 기는 언제나 CIP (place-in-place) 및 SIP (sterilize-in-place) 기능을 갖추고 있습니다. sonotrode는 물 또는 용제 (작업 매체에 따라 다름)에서 닦아 낼 수있는 거대한 티타늄 호른으로 구성되어 있습니다. 초음파 발생기의 유지 보수는 그 견고 함 때문에 거의 무시할 수 있습니다.

용해

용해는 민감한 과정입니다. 용해하는 동안 세포막의 보호는 파괴되지만, 비 생리 학적 환경 (pH 값으로부터의 편차)에 의한 추출 된 단백질의 불 활성화, 변성 및 분해는 방지되어야한다. 따라서, 일반적으로 용해는 완충 용액 내에서 수행된다. 대부분의 어려움은 조절되지 않은 세포 파괴로 인해 모든 세포 내 물질의 표적이없는 방출 또는 표적 생성물의 변성을 초래한다.

초음파 세포 용해는 실험실에서 시료를 준비하고 대량 생산에 사용될 수 있습니다. 클릭하면 확대됩니다!

그림 1 : 200 와트의 강력한 초음파 균질 기 UP200Ht 안정적이고 재현성있는 세포 용해를위한 디지털 제어 및 자동 데이터 기록 기능.

정보 요청




우리의 주의 개인 정보 정책.


초음파 용해

일반적으로 실험실에서 샘플의 용해는 15 초에서 2 분 정도 소요됩니다. 초음파 처리의 강도는 초음파 처리 시간을 설정하고 적절한 장비를 선택하여 조정하기가 매우 쉽기 때문에 세포 구조와 용해 목적에 따라 매우 부드럽게 또는 매우 갑자기 세포막을 파괴 할 수 있습니다 ( 예를 들어 DNA 추출은보다 부드러운 초음파 처리가 필요하며 박테리아의 완전한 단백질 추출은보다 강력한 초음파 처리가 필요합니다. 공정 중 온도는 통합 온도 센서로 모니터링 할 수 있으며 냉각 (냉각 재킷이 장착 된 얼음 욕조 또는 플로우 셀) 또는 펄스 모드의 초음파 처리로 쉽게 제어 할 수 있습니다. 펄스 모드 초음파 처리 동안 1 ~ 15 초 지속되는 짧은 초음파 버스트주기는 더 긴 간헐적 인 기간 동안 열 방출 및 냉각을 허용합니다.
모든 초음파 기반 프로세스는 완벽하게 재현 가능하고 선형 적으로 확장 가능합니다.

초음파 균질 기 VialTweeter는 최대 10 개의 시험관을 동시에 시료 준비 할 수 있습니다. (확대하려면 클릭!)

초음파 장치 유리 병 동일한 공정 조건에서 최대 10 개의 바이알을 동시에 샘플 준비 할 수 있습니다.

초음파 균질 기

다양한 종류의 초음파 장치 시료 준비 목표를 맞추고 사용 편의성과 작동 편의성을 보장합니다. 프로브 형 초음파 발생기는 실험실에서 가장 일반적인 장치입니다. 그들은 0.1mL ~ 1000mL의 부피를 가진 중소형 샘플의 준비에 가장 적합합니다. 다른 크기와 sonotrodes 초음파 효과를 가장 효율적이고 효율적인 sonicating 결과에 대한 샘플 볼륨과 혈관에 적응할 수 있습니다. 초음파 탐침 장치는 단일 시료를 준비해야 할 때 최상의 선택입니다.

더 많은 샘플을 준비해야하는 경우 (예 : 8 개의 바이알 튜브), VialTweeter 또는 초음파 cuphorn과 같은 장치가 용해에 가장 적합한 호 모지 나이저입니다. 여러 개의 유리 병은 동일한 강도로 동시에 초음파 처리됩니다. 이렇게하면 시간을 절약 할 수있을뿐 아니라 모든 샘플을 동일한 방식으로 처리 할 수 ​​있으므로 샘플 간의 결과가 신뢰성 있고 비교 가능합니다. 또한, 초음파 초음파 탐침 (초음파 탐침, 뿔, 팁 또는 손가락이라고도 함)을 담그는 것에 의한 교차 오염을 피할 수 있습니다. 바이알을 사용하기 때문에 시간이 많이 걸리는 세척 및 용기의 기울임으로 인한 샘플 손실이 생략됩니다.
예를 들어 셀 추출물의 상업 생산과 같이 더 많은 용적의 경우, 플로우 셀 리액터가있는 연속 초음파 시스템이 가장 적합합니다. 처리 된 물질의 연속적이고 균일 한 흐름은 균일 한 초음파 처리를 보장합니다. 초음파 붕괴 과정의 모든 매개 변수는 응용 프로그램 및 특정 셀 재료의 요구 사항에 맞게 최적화 및 조정할 수 있습니다.
박테리아 세포의 초음파 용해를위한 예시적인 절차 :

  • 세포 현탁액의 준비 : 세포 펠렛은 균질화하여 완충 용액에 완전히 부유해야합니다 (다음 분석과 호환되는 완충 용액을 선택하십시오, 예를 들어 특정 크로마토 그래피 방법). 필요한 경우 리소자임 및 / 또는 기타 첨가제를 첨가하십시오 (분리 / 정제 수단과도 호환되어야합니다). 완전한 정지가 이루어질 때까지 가볍게 초음파 처리하여 용액을 부드럽게 혼합 / 균질화하십시오.
  • 초음파 용해 : 얼음 욕조에 샘플을 놓습니다. 세포 파괴의 경우, 초음파 현미경의 펄스 모드를 사용하여 60-90 초 버스트로 현탁액을 초음파 처리하십시오.
  • 분리 : lysate를 원심 분리하십시오 (예 : 10,000 xg에서 10 분, 4 ° C에서). 세포 펠렛에서 뜨는 것을 조심스럽게 분리하십시오. 상층 액은 총 세포 용 해물이다. 상등액을 여과 한 후 가용성 세포 단백질의 정화 된 액을 얻습니다.

생물학 및 생명 공학 분야의 초음파 검사기의 가장 일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

  • 세포 추출물 제조
  • 붕괴 효모, 박테리아, 식물 세포, 연질 & 경질 세포 조직, 핵 물질
  • 단백질 추출
  • 효소의 제조 및 분리
  • 항원 생산
  • DNA 추출 및 / 또는 표적 분열
  • 리포좀 준비
UIP1000hd와 같은 고출력 초음파 균질 기는 배치 또는 연속 흐름 모드에서 세포 분열 및 추출에 사용됩니다. (확대하려면 클릭!)

초음파 벤치 탑 시스템 UIP1000hd (1kW)는 더 많은 양의 생물학적 물질을 처리 할 수 ​​있습니다.

생체 공학, 미생물학, 분자 생물학, 생화학, 면역학, 세균학, 바이러스학, 프로테오믹스, 유전학, 생리학, 세포 생물학, 혈액학 및 식물학 분야의 다양한 분야에서 초음파의 다양한 적용이 이루어지고 있습니다.

Hielscher Ultrasonics는 고객의 어플리케이션을 평가하고 최적화하기 위해 완비 된 초음파 공정 실험실. 자세한 정보는 저희에게 문의하십시오!

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문학 / 참고 문헌

  • Balasundaram, B .; Harrison, S .; Bracewell, DG (2009) : 제품 출시 전략의 진전과 생물 공정 설계에 대한 영향. Trends in Biotechnology 27/8, 2009. pp. 477-485.
  • Vilkhu, K .; Manasseh, R .; Mawson, R .; Ashokkumar, M. (2011) : 식품 성분의 초음파 재생 및 수정. In : Feng / Barbosa-Cánovas / Weiss (2011) : 식품 및 생물 공정을위한 초음파 기술. New York : Springer, 2011. pp. 345-368.