Ultrasone desintegratie van cellen
Ultrasoon is een effectief middel om celstructuren te desintegreren. Daarom worden sonicatoren veel gebruikt in laboratoria om cellen open te breken en intracellulaire moleculen, eiwitten en organellen te extraheren voor onderzoek en analyse. Op industriële schaal wordt ultrasone desintegratie en lysis gebruikt om moleculen uit celfabrieken te isoleren of om de vertering van biomassa te bevorderen.
Wat is ultrasone desintegratie?
Ultrasone desintegratie, ook bekend als ultrasone homogenisatie, is een proces waarbij ultrasone geluidsgolven met hoge intensiteit en lage frequentie worden gebruikt om celwanden af te breken en moleculaire structuren in een vloeibaar medium te verstoren. Deze techniek wordt vaak gebruikt in verschillende wetenschappelijke en industriële toepassingen voor verschillende doeleinden:
Celverstoring: Ultrasone desintegratie wordt veel gebruikt in de celbiologie en moleculaire biologie om celmembranen te verstoren, waardoor cellulaire inhoud zoals eiwitten, nucleïnezuren en organellen vrijkomt. Dit is nuttig voor het extraheren van intracellulaire componenten voor analyse of voor het lyseren van cellen in microbiologie en biotechnologische processen.
- Homogenisatie: Het helpt bij het gelijkmatig mengen van componenten in een monster, vooral wanneer je te maken hebt met niet-mengbare vloeistoffen of wanneer je probeert een consistent mengsel van materialen te maken.
- Eiwitwinning: In de biologie, proteomica en biowetenschappen is de analyse van eiwitten een veelvoorkomende taak. Voordat eiwitten in assays kunnen worden geanalyseerd, moeten ze uit het inwendige van de cel worden geëxtraheerd en geïsoleerd. Sonicators zijn de meest gebruikte methode voor eiwitextractie.
- DNA-fragmentatie: DNA en RNA zijn verschillende soorten nucleïnezuren die genetische informatie in cellen opslaan en coderen. Wanneer DNA en RNA geanalyseerd worden, moeten de lange strengen soms gefragmenteerd worden, een proces dat betrouwbaar en efficiënt gedaan kan worden door sonicatie.
- Monstervoorbereiding: Bij onderzoek en analyse is monstervoorbereiding een gebruikelijke procedure voorafgaand aan verschillende analysetechnieken. Ultrasone desintegratie kan helpen om monsters op te lossen of te dispergeren, wat de nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid van analyses kan verbeteren.
Voordelen van ultrasone desintegratie
Waarom een sonicator van het probe-type gebruiken voor desintegratie, celdisruptie en de extractie van intracellulaire moleculen en eiwitten? Een sonicator of ultrasone dismembrator biedt talloze voordelen die van sonicatie de superieure technologie maken in vergelijking met andere desintegratiemethoden zoals homogenisatie onder hoge druk, kogelmalen of microfluïdisatie.
- Niet-thermisch: Ultrasone desintegratie is een niet-thermische methode, wat betekent dat het niet afhankelijk is van warmte om materialen af te breken. Dit is voordelig voor toepassingen waarbij hoge temperaturen warmtegevoelige monsters kunnen aantasten.
- Precies en gecontroleerd: Het proces kan zeer nauwkeurig worden geregeld, waardoor specifieke verstoring, menging of verkleining van de deeltjesgrootte mogelijk is.
- Snel en efficiënt: Ultrasoonbehandeling is over het algemeen een snelle en efficiënte methode, waardoor het geschikt is voor toepassingen met een hoge verwerkingscapaciteit.
- Minder chemisch gebruik: In veel gevallen kan ultrasone desintegratie de behoefte aan agressieve chemicaliën of organische oplosmiddelen verminderen, wat milieuvriendelijk kan zijn en het risico op chemische verontreiniging kan verkleinen.
- Geen freesmedia, geen mondstukken: Alternatieve desintegratietechnieken, zoals kogel/parel malen of hogedrukhomogenisatoren, hebben nadelen. Kogel/parel malen vereist het gebruik van maalmedia (korrels of parels), die omslachtig gescheiden en gereinigd moeten worden. Hogedrukhomogenisatoren hebben sproeiers die snel verstopt raken. Ultrasone homogenisatoren zijn daarentegen gebruiksvriendelijk, zeer betrouwbaar en robuust en vereisen zeer weinig onderhoud.
- Veelzijdigheid: Het kan worden toegepast op een breed scala aan materialen, waaronder bacteriën, plantencellen, zoogdierweefsel, algen, schimmels etc., waardoor het een veelzijdige techniek is op verschillende gebieden.
Schaalbaarheid: De ultrasone techniek kan worden opgeschaald voor industriële processen, waardoor deze geschikt is voor zowel laboratoriumtoepassingen als grootschalige productietoepassingen.
Het werkingsprincipe van ultrasone desintegratie en celdisruptie
Ultrasoon produceren afwisselend hoge- en lagedrukgolven in de blootgestelde vloeistof. Tijdens de lagedrukcyclus creëren de ultrasone golven kleine vacuümbelletjes in de vloeistof die tijdens een hogedrukcyclus heftig uiteenvallen. Dit fenomeen wordt cavitatie genoemd. De implosie van de cavitatiebel veroorzaakt sterke hydrodynamische schuifkrachten die eerst sonoporatie en vervolgens de efficiënte verstoring van celstructuren veroorzaken. Intracellulaire moleculen en organellen komen volledig vrij in het oplosmiddel.
Ultrasone desintegratie van celstructuren
De schuifkrachten kunnen vezelachtig, cellulosehoudend materiaal uiteen laten vallen in fijne deeltjes en de wanden van de celstructuur breken. Hierdoor komt meer van het intracellulaire materiaal, zoals zetmeel of suiker, vrij in de vloeistof. Bovendien wordt het celwandmateriaal in kleine brokstukken gebroken.
Dit effect kan worden gebruikt voor fermentatie, spijsvertering en andere omzettingsprocessen van organisch materiaal. Na het malen en malen zorgt ultrasoon ervoor dat meer van het intracellulaire materiaal, zoals zetmeel en celwandresten, beschikbaar komen voor de enzymen die zetmeel omzetten in suikers. Het vergroot ook het oppervlak dat wordt blootgesteld aan de enzymen tijdens de vloeibaarmaking of versuikering. Dit verhoogt de snelheid en opbrengst van gistfermentatie en andere conversieprocessen, bijvoorbeeld om de ethanolproductie uit biomassa te verhogen.
Ultrasone desintegratie gebruiken – Betrouwbaar en efficiënt op elke schaal
Hielscher sonicators zijn verkrijgbaar met verschillende vermogens en verwerkingscapaciteiten. Of u nu kleine biologische monsters van een paar microliter tot een paar liter wilt sonificeren of grote cel- of biomassastromen voor productie moet verwerken, Hielscher Ultrasonics biedt u de meest geschikte ultrasone ontmester voor uw biologische toepassing.
- Labschaal voor 1mL tot ongeveer 5L bijv. UP400St met 22 mm sonotrode
- tafelmodel schaalverdeling op ongeveer 0,1 tot 20L/min bijv. UIP1000hdT met 34mm sonotrode en flowcel
- productieschaal vanaf 20L/min bijv. UIP4000hdT of UIP16000hdT
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze ultrasone apparaten op laboratoriumformaat:
Aanbevolen apparaten | Batchvolume | Debiet |
---|---|---|
UIP400MTP sonificator voor 96-wells platen | multi-well/microtiterplaten | n.v.t. |
Ultrasone kopHoorn | CupHorn voor flesjes of bekerglas | n.v.t. |
GDmini2 | ultrasone microstroomreactor | n.v.t. |
VialTweeter | 0.5 tot 1.5mL | n.v.t. |
UP100H | 1 tot 500 ml | 10 tot 200 ml/min |
UP200Ht, UP200St | 10 tot 1000 ml | 20 tot 200 ml/min |
UP400St | 10 tot 2000 ml | 20 tot 400 ml/min |
Ultrasone zeefschudder | n.v.t. | n.v.t. |
Gebruik het onderstaande formulier als u meer informatie wilt ontvangen over het gebruik van ultrasone apparaten voor het desintegreren van cellen. We helpen u graag verder.
Neem contact met ons op! / Vraag het ons!
De onderstaande tabel geeft een indicatie van de verwerkingscapaciteit van onze industriële ultrasone machines:
Batchvolume | Debiet | Aanbevolen apparaten |
---|---|---|
200 ml tot 5 liter | 0.05 tot 1L/min | UIP500hdT |
1 tot 10 liter | 0.1 tot 2L/min | UIP1000hdT |
5 tot 20 liter | 0.2 tot 4L/min | UIP2000hdT |
10 tot 100 liter | 2 tot 10 l/min | UIP4000hdT |
15 tot 150 liter | 3 tot 15 l/min | UIP6000hdT | n.v.t. | 10 tot 100 l/min | UIP16000 |
n.v.t. | groter | cluster van UIP16000 |
Literatuur / Referenties
- 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.