Šūnu dezintegrācija ar ultraskaņu

Apstrāde ar ultraskaņu ir efektīvs šūnu struktūru dezintegrācijas paņēmiens. Tāpēc laboratorijās plaši izmanto sonikatorus, lai sagrautu šūnas un iegūtu intracelulārās molekulas, olbaltumvielas un organoīdus pētniecībai un analīzei. Rūpnieciskā mērogā dezintegrāciju un līzi ar ultraskaņu izmanto, lai izolētu molekulas no šūnu fabrikām vai veicinātu biomasas noārdīšanu.

Kas ir dezintegrācija ar ultraskaņu?

Dezintegrācija ar ultraskaņu, ko dēvē arī par homogenizāciju ar ultraskaņu, ir process, kurā izmanto augstas intensitātes zemfrekvences ultraskaņas viļņus, lai sašķeltu šūnu sieniņas un izjauktu molekulārās struktūras šķidrā vidē. Šo paņēmienu plaši izmanto dažādos zinātniskos un rūpnieciskos lietojumos vairākiem mērķiem:

Šūnu sagraušana: Dezintegrāciju ar ultraskaņu plaši izmanto šūnu bioloģijā un molekulārajā bioloģijā, lai sagrautu šūnu membrānas, atbrīvojot šūnu saturu, piemēram, olbaltumvielas, nukleīnskābes un organoīdus. Tas ir noderīgi intracelulāro komponentu ekstrakcijai analīzes vajadzībām vai šūnu līzei mikrobioloģijas un biotehnoloģijas procesos.

• Homogenizācija: Tā palīdz vienmērīgi sajaukt parauga komponentus, īpaši strādājot ar savstarpēji nesajaucamiem šķidrumiem vai cenšoties iegūt viendabīgu materiālu maisījumu.
• Olbaltumvielu ekstrakcija: Bioloģijā, proteomikā un dzīvības zinātnēs olbaltumvielu analīze ir ļoti izplatīts uzdevums. Pirms olbaltumvielas var analizēt testos, tās jāekstrahē no šūnu iekšienes un jāizolē. Apstrāde ar sonikatoriem ir visplašāk izmantotā olbaltumvielu ekstrakcijas metode.
• DNS fragmentācija: DNS un RNS ir atšķirīgi nukleīnskābju veidi, kas šūnās glabā un kodē ģenētisko informāciju. Analizējot DNS un RNS, garie pavedieni dažkārt ir jāfragmentē – šo procesu var uzticami un efektīvi veikt ar ultraskaņu.
• Paraugu sagatavošana: Pētniecībā un analīzē paraugu sagatavošana ir ierasta procedūra pirms dažādu analītisko metožu izmantošanas. Dezintegrācija ar ultraskaņu var palīdzēt izšķīdināt vai disperģēt paraugus, kas var uzlabot analīžu precizitāti un reproducējamību.

Dezintegrācijas ar ultraskaņu priekšrocības

Kāpēc dezintegrācijai, šūnu sagraušanai un intracelulāro molekulu un olbaltumvielu ekstrakcijai izmantot zondes tipa sonikatoru? Sonikators jeb ultraskaņas dezintegrators piedāvā daudzas priekšrocības, kas padara apstrādi ar ultraskaņu par pārāku tehnoloģiju salīdzinājumā ar citām dezintegrācijas metodēm, piemēram, augstspiediena homogenizāciju, malšanu lodīšu dzirnavās vai mikrofluidizāciju.

• Netermiska metode: Dezintegrācija ar ultraskaņu ir netermiska metode, kas nozīmē, ka materiālu sašķelšanai tā nebalstās uz siltumu. Tā ir priekšrocība lietojumos, kuros augsta temperatūra varētu bojāt siltumjutīgus paraugus.
• Precīzs un kontrolējams process: Procesu var kontrolēt ar augstu precizitāti, nodrošinot mērķtiecīgu sagraušanu, sajaukšanu vai daļiņu izmēra samazināšanu.
• Ātra un efektīva metode: Apstrāde ar ultraskaņu parasti ir ātra un efektīva metode, tāpēc tā ir piemērota lietojumiem ar lielu paraugu apstrādes ražīgumu.
• Mazāks ķīmisko vielu patēriņš: Daudzos gadījumos dezintegrācija ar ultraskaņu var samazināt nepieciešamību pēc agresīvām ķīmiskām vielām vai organiskiem šķīdinātājiem, kas var būt videi draudzīgi un samazināt ķīmiskā piesārņojuma risku.
• Bez malšanas ķermeņiem un sprauslām: Alternatīvām dezintegrācijas metodēm, piemēram, malšanai lodīšu vai pērlīšu dzirnavās vai apstrādei augstspiediena homogenizatoros, ir trūkumi. Malšanai lodīšu vai pērlīšu dzirnavās nepieciešami malšanas ķermeņi (lodītes vai pērlītes), kuru atdalīšana un tīrīšana ir darbietilpīga. Augstspiediena homogenizatoriem ir sprauslas, kas mēdz aizsērēt. Savukārt ultraskaņas homogenizatori ir viegli lietojami, ļoti uzticami un izturīgi, un tiem nepieciešama ļoti neliela apkope.
• Daudzpusība: Šo metodi var izmantot plašam materiālu klāstam, tostarp baktērijām, augu šūnām, zīdītāju audiem, aļģēm, sēnēm u. c., tāpēc tā ir daudzpusīgs paņēmiens dažādās jomās.
  Mērogojamība: Ultraskaņas tehnoloģiju var mērogot rūpnieciskiem procesiem, tāpēc tā ir piemērota gan laboratorijas lietojumiem, gan liela mēroga ražošanai.

Dezintegrācijas un šūnu sagraušanas ar ultraskaņu darbības princips

Apstrāde ar ultraskaņu pakļautajā šķidrumā pārmaiņus rada augstspiediena un zemspiediena viļņus. Zemspiediena cikla laikā ultraskaņas viļņi šķidrumā veido mazus vakuuma burbulīšus, kas augstspiediena cikla laikā strauji saplok. Šo parādību sauc par kavitāciju. Kavitācijas burbulīša implozija rada spēcīgus hidrodinamiskos bīdes spēkus, kas vispirms izraisa sonoporāciju un pēc tam efektīvi sagrauj šūnu struktūras. Intracelulārās molekulas un organoīdi pilnībā izdalās šķīdinātājā.

Šūnu struktūru dezintegrācija ar ultraskaņu

Bīdes spēki var sašķelt šķiedrainu, celulozi saturošu materiālu smalkās daļiņās un sagraut šūnu struktūras sieniņas. Tādējādi šķidrumā izdalās vairāk intracelulārā materiāla, piemēram, cietes vai cukura. Turklāt šūnu sieniņu materiāls tiek sašķelts sīkos fragmentos.

Šo iedarbību var izmantot fermentācijā, noārdīšanā un citos organisko vielu pārveides procesos. Pēc malšanas un smalcināšanas apstrāde ar ultraskaņu padara lielāku intracelulārā materiāla, piemēram, cietes, daudzumu, kā arī šūnu sieniņu fragmentus pieejamus fermentiem, kas cieti pārvērš cukuros. Tā arī palielina virsmas laukumu, kas sašķidrināšanas vai pārcukurošanas laikā ir pakļauts fermentu iedarbībai. Tas parasti palielina rauga fermentācijas un citu pārveides procesu ātrumu un iznākumu, piemēram, veicinot etanola ražošanu no biomasas.

Izmantojiet dezintegrāciju ar ultraskaņu – uzticami un efektīvi jebkurā mērogā

Hielscher sonikatori ir pieejami ar dažādu nominālo jaudu un apstrādes ražīgumu. Neatkarīgi no tā, vai vēlaties ar ultraskaņu apstrādāt nelielus bioloģiskos paraugus no dažiem mikrolitriem līdz dažiem litriem vai ražošanas vajadzībām jāapstrādā lielas šūnu vai biomasas plūsmas, Hielscher Ultrasonics piedāvās jūsu bioloģiskajam lietojumam vispiemērotāko ultraskaņas dezintegratoru.

• laboratorijas mērogā no 1mL līdz aptuveni 5L, piemēram, UP400St ar 22mm sonotrodi
• galda iekārtu mērogā ar plūsmas ātrumu aptuveni no 0,1 līdz 20L/min, piemēram, UIP1000hdT ar 34mm sonotrodi un plūsmas šūnu
• ražošanas mērogā, sākot no 20L/min, piemēram, UIP4000hdT vai UIP16000hdT

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu laboratorijas ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes ražīgumu:

Lūdzu, izmantojiet tālāk esošo veidlapu, ja vēlaties saņemt vairāk informācijas par ultraskaņas iekārtu izmantošanu šūnu dezintegrācijai. Mēs labprāt jums palīdzēsim.

Tālāk redzamā tabula sniedz priekšstatu par mūsu rūpniecisko ultraskaņas iekārtu aptuveno apstrādes ražīgumu:

Literatūra / Atsauces

• 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.