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 처리는 일반적으로 세포 물질의 샘플 준비에 사용됩니다.

그림 1 : 세포에서 초음파 추출 : 민트 (Mentha piperita)의 정점 줄기의 미세한 횡단면 (TS)은 세포에서 초음파 추출 동안의 작용 메커니즘을 보여줍니다 (배 2,000x) [자료 ​​: Vilkhu et al. 2011 년]

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.

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.

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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!

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.

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