Hielscher Ultrasonics
Z przyjemnością omówimy Twój proces.
Zadzwoń do nas: +49 3328 437-420
Napisz do nas: info@hielscher.com

Ultradźwiękowa liza bioinżynieryjnych komórek w produkcji przemysłowej

Bioinżynieryjne gatunki bakterii, takie jak E. coli, a także genetycznie zmodyfikowane typy komórek ssaków i roślin są szeroko stosowane w biotechnologii do ekspresji cząsteczek. W celu uwolnienia tych zsyntetyzowanych biocząsteczek wymagana jest niezawodna technika rozbijania komórek. Wysokowydajna ultrasonizacja jest sprawdzoną metodą skutecznej i niezawodnej lizy komórek – Łatwo skalowalny do dużych przepustowości. Hielscher Ultrasonics oferuje wysokowydajny sprzęt ultradźwiękowy do skutecznej lizy komórek w celu produkcji dużych ilości wysokiej jakości biomolekuł.

Ekstrakcja cząsteczek z fabryk komórkowych

Do produkcji szerokiej gamy biomolekuł można wykorzystać różne zmodyfikowane mikroby i komórki roślinne, w tym Escherichia coli, Bacillus subtilis, Pseudomonas putida, Streptomyces, Corynebacterium glutamicum, Lactococcus lacti, Cyanobacteria, Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Yarrowia lipolytica, Nicotiana benthamiana i algi. Te fabryki komórek mogą produkować białka, lipidy, biochemikalia, polimery, biopaliwa i oleochemikalia, które są wykorzystywane jako żywność lub surowiec do zastosowań przemysłowych. Komórki wykorzystywane jako fabryki komórek są hodowane w zamkniętych bioreaktorach, gdzie mogą osiągnąć wysoką wydajność, specyficzność i niskie zapotrzebowanie na energię.
Aby wyizolować docelowe cząsteczki z bioinżynieryjnych kultur komórkowych, komórki muszą zostać rozbite, aby uwolnić materiał wewnątrzkomórkowy. Ultradźwiękowe przerywacze komórek są dobrze znane jako wysoce niezawodna i skuteczna technika dezintegracji komórek i uwalniania związków.

Zapytanie o informacje







Ultradźwiękowa dezintegracja komórek jest wykorzystywana do izolowania związków z fabryk komórek bakteryjnych.

Ultradźwiękowe dezintegratory komórek, takie jak UIP2000hdT są używane do izolowania związków z fabryk komórek drobnoustrojów.

Fabryki komórek drobnoustrojów to metabolicznie zmodyfikowane komórki wykorzystywane do syntezy różnych związków, takich jak substancje bioaktywne, aktywne składniki farmaceutyczne (API), biopaliwa, polimery i białka. Ultradźwiękowe dezintegratory komórek są niezawodne, szybkie i wydajne, jeśli chodzi o izolację tych cennych związków z wnętrza komórki.

Fabryki komórek drobnoustrojów są metabolicznie zaprojektowanymi komórkami wykorzystywanymi do syntezy różnych cennych związków. Ultradźwiękowe rozbijanie komórek jest skuteczną i niezawodną metodą uwalniania cennych związków z wnętrza komórki.
opracowanie i grafika: ©Villaverde, 2010.

Zalety ultradźwiękowych zakłócaczy komórek

Jako nietermiczna, łagodna, ale wysoce wydajna technologia, ultradźwiękowe zakłócacze są stosowane w laboratorium i przemyśle do lizowania komórek i produkcji wysokiej jakości ekstraktów, np. stosowanych do izolacji cząsteczek z fabryk komórek.

Dlaczego ultradźwięki do zakłócania pracy komórek?

  • Wysoka wydajność
  • Nietermiczny, idealny do substancji wrażliwych na temperaturę
  • Niezawodne, powtarzalne wyniki
  • Precyzyjna kontrola przetwarzania
  • Liniowa skalowalność do większych przepustowości
  • Dostępne dla przemysłowych zdolności produkcyjnych

Ultradźwięki o dużej mocy do skutecznego niszczenia fabryk komórek drobnoustrojów

Mechanizm i skutki ultradźwiękowych zakłócaczy komórek:
Ultradźwiękowe rozbijanie komórek jest wykorzystywane w skali laboratoryjnej i przemysłowej do rozbijania metabolicznie zmodyfikowanych komórek drobnoustrojów, tak zwanych fabryk komórek, w celu uwolnienia cennych związków.Ultradźwiękowe rozbijanie komórek wykorzystuje moc fal ultradźwiękowych. Homogenizator ultradźwiękowy / rozbijacz komórek jest wyposażony w sondę (inaczej sonotrodę) wykonaną ze stopu tytanu, która oscyluje z wysoką częstotliwością ok. 20 kHz. Oznacza to, że sonda ultradźwiękowa przenosi 20 000 drgań na sekundę do sonikowanej cieczy. Fale ultradźwiękowe sprzężone z cieczą charakteryzują się naprzemiennymi cyklami wysokiego / niskiego ciśnienia. Podczas cyklu niskiego ciśnienia ciecz rozszerza się i powstają drobne pęcherzyki próżniowe. Te bardzo małe pęcherzyki rosną przez kilka naprzemiennych cykli ciśnienia, aż nie będą w stanie wchłonąć dalszej energii. W tym momencie pęcherzyki kawitacyjne implodują gwałtownie i tworzą lokalnie środowisko o niezwykłej gęstości energii. Zjawisko to znane jest jako kawitacja akustyczna i charakteryzuje się lokalnie bardzo wysokimi temperaturami, bardzo wysokimi ciśnieniami i siłami ścinającymi. Te naprężenia ścinające skutecznie rozbijają ściany komórek i zwiększają transfer masy między wnętrzem komórki a otaczającym rozpuszczalnikiem. Jako technika czysto mechaniczna, ultradźwiękowo generowane siły ścinające są szeroko stosowane i zalecane do rozbijania komórek bakteryjnych, a także do izolacji białek. Jako prosta i szybka metoda rozbijania komórek, sonikacja jest idealna do izolacji małych, średnich i dużych objętości. Cyfrowe ultrasonografy firmy Hielscher są wyposażone w przejrzyste menu ustawień umożliwiające precyzyjną kontrolę sonikacji. Wszystkie dane sonikacji są automatycznie zapisywane na wbudowanej karcie SD i są łatwo dostępne. Zaawansowane opcje rozpraszania ciepła, takie jak chłodzenie zewnętrzne, sonikacja w trybie pulsacyjnym itp. podczas procesu dezintegracji ultradźwiękowej zapewniają utrzymanie idealnej temperatury procesu, a tym samym nienaruszalność ekstrahowanych związków wrażliwych na ciepło.

Badania podkreślają zalety ultradźwiękowego rozbijania i ekstrakcji komórek

Prof. Chemat et al. (2017) podsumowuje w swoim badaniu, że "ekstrakcja wspomagana ultradźwiękami jest zieloną i ekonomicznie opłacalną alternatywą dla konwencjonalnych technik dla żywności i produktów naturalnych. Głównymi korzyściami są skrócenie czasu ekstrakcji i przetwarzania, ilość zużytej energii i rozpuszczalników, operacje jednostkowe i emisja CO2 ".
Gabig-Ciminska i wsp. (2014) wykorzystali w swoich badaniach homogenizator wysokociśnieniowy i ultradźwiękowy dezintegrator komórkowy do lizy zarodników w celu uwolnienia DNA. Porównując obie metody rozbijania komórek, zespół badawczy stwierdza, że w odniesieniu do lizy komórek dla DNA zarodników, "analiza została przeprowadzona przy użyciu lizatów komórkowych z homogenizacji wysokociśnieniowej. Następnie zdaliśmy sobie sprawę, że ultradźwiękowe rozbijanie komórek ma wyjątkowe zalety w tym celu. Jest dość szybkie i może być przetwarzane dla małych objętości próbek". (Gabig-Ciminska et al., 2014)

Wydajny procesor ultradźwiękowy UIP4000hdT o mocy 4000 W jest używany do zakłócania bioinżynieryjnych komórek (tj. fabryk komórek) w celu uwolnienia docelowych cząsteczek.

Przemysłowy ultradźwiękowy dezintegrator komórek UIP4000hdT (4000W, 20kHz) do ciągłej izolacji i oczyszczania syntetyzowanych związków z fabryk komórek drobnoustrojów.

Zapytanie o informacje







Biomolekuły z fabryk komórkowych do produkcji żywności

Fabryki komórek mikrobiologicznych to opłacalna i wydajna metodologia produkcji wykorzystująca organizmy mikrobiologiczne do wytwarzania wysokiej wydajności natywnych i nie natywnych metabolitów poprzez bioinżynierię metaboliczną mikroorganizmów mikrobiologicznych, takich jak bakterie, drożdże, grzyby itp. Enzymy luzem są na przykład wytwarzane przy użyciu mikroorganizmów, takich jak Aspergillus oryzae, grzyby i bakterie. Enzymy te są wykorzystywane do produkcji żywności i napojów, a także w rolnictwie, bioenergii i gospodarstwie domowym.
Niektóre bakterie, takie jak Acetobacter xylinum i Gluconacetobacter xylinus, wytwarzają celulozę podczas procesu fermentacji, w którym nanowłókna są syntetyzowane w procesie oddolnym. Celuloza bakteryjna (znana również jako celuloza mikrobiologiczna) jest chemicznie równoważna celulozie roślinnej, ale ma wysoki stopień krystaliczności i wysoką czystość (wolną od ligniny, hemicelulozy, pektyny i innych składników biogennych), a także unikalną strukturę trójwymiarowej (3D) siatkowanej sieci splecionych nanowłókien celulozowych. (por. Zhong, 2020) W porównaniu z celulozą pochodzenia roślinnego, celuloza bakteryjna jest bardziej zrównoważona, a produkowana celuloza jest czysta i nie wymaga skomplikowanych etapów oczyszczania. Ultradźwięki i ekstrakcja rozpuszczalnikiem przy użyciu NaOH lub SDS (dodecylosiarczan sodu) są bardzo skuteczne w izolacji celulozy bakteryjnej z komórek bakteryjnych.

Biomolekuły z fabryk komórkowych do produkcji farmaceutyków i szczepionek

Jednym z najbardziej znanych produktów farmaceutycznych pochodzących z fabryk komórkowych jest ludzka insulina. Do bioinżynieryjnej produkcji insuliny wykorzystywane są głównie bakterie E. coli i Saccharomyces cerevisiae. Ponieważ bio-syntetyzowane nanocząsteczki oferują wysoką biokompatybilność, biologiczne nanocząsteczki, takie jak ferrytyna, są korzystne dla wielu zastosowań w biomanufakturowaniu. Dodatkowo, produkcja w zmodyfikowanych metabolicznie mikroorganizmach jest często znacznie bardziej wydajna pod względem uzyskiwanych plonów. Na przykład, produkcja kwasu artemizynowego, resweratrolu i likopenu wzrosła dziesięciokrotnie do kilkusetkrotnie i jest już ustalona lub jest w fazie rozwoju do produkcji na skalę przemysłową. (por. Liu et al.; Microb. Cell Fact. 2017)
Na przykład, oparte na białkach nanocząsteczki o właściwościach samoorganizujących się, takie jak ferrytyna i cząsteczki wirusopodobne, są szczególnie interesujące dla rozwoju szczepionek, ponieważ naśladują zarówno rozmiar, jak i strukturę patogenów i są podatne na koniugację powierzchniową antygenów w celu promowania interakcji z komórkami odpornościowymi. Takie cząsteczki ulegają ekspresji w tzw. fabrykach komórek (np. zmodyfikowanych szczepach E. coli), które wytwarzają określoną cząsteczkę docelową.

Protokół do lizy ultradźwiękowej i E. coli BL21 do uwalniania ferrytyny

Ferrytyna jest białkiem, którego podstawową funkcją jest magazynowanie żelaza. Ferrytyna wykazuje obiecujące możliwości jako samoorganizujące się nanocząsteczki w szczepionkach, gdzie jest wykorzystywana jako nośnik szczepionki (np. białka kolca SARS-Cov-2). Badania naukowe Sun et. al. (2016) pokazują, że rekombinowana ferrytyna może być uwalniana w postaci rozpuszczalnej z Escherichia coli w niskich stężeniach NaCl (≤50 mmol/L). W celu ekspresji ferrytyny w E. coli BL21 i uwolnienia ferrytyny, z powodzeniem zastosowano następujący protokół. Rekombinowany plazmid pET-28a/ferrytyna został transformowany do szczepu E. coli BL21 (DE3). Komórki ferrytyny E coli BL21 (DE3) hodowano w pożywce LB z 0,5% kanamycyną w temperaturze 37°C i indukowano przy OD600 0,6 za pomocą 0,4% izopropylo-β-D-tiogalaktopiranozydu przez 3 godziny w temperaturze 37°C. Ostateczna hodowla została następnie zebrana przez odwirowanie przy 8000 g przez 10 minut w temperaturze 4°C, a osad został zebrany. Następnie osad ponownie zawieszono w pożywce LB (1% NaCl, 1% Typone, 0,5% ekstraktu drożdżowego)/buforze lizującym (20 mmol/L Tris, 50 mmol/L NaCl, 1 mmol/L EDTA, pH 7,6) i różnych stężeniach roztworu NaCl (odpowiednio 0, 50, 100, 170 i 300 mmol/L). W celu lizy komórek bakteryjnych, sonikację zastosowano w trybie impulsowym: np. przy użyciu urządzenia Ultrasonicator UP400St przy 100% amplitudzie z cyklem pracy 5 sekund ON, 10 sekund OFF, przez 40 cykli), a następnie odwirowano przy 10 000g przez 15 minut w temperaturze 4°C. Supernatant i osad analizowano za pomocą elektroforezy w żelu poliakryloamidowym z dodecylosiarczanem sodu (SDS-PAGE). Wszystkie żele barwione dodecylosiarczanem sodu skanowano skanerem o wysokiej rozdzielczości. Obrazy żeli analizowano przy użyciu oprogramowania Magic Chemi 1D. W celu uzyskania optymalnej przejrzystości, pasma białkowe zostały wykryte poprzez dostosowanie parametrów. Dane dla pasm zostały wygenerowane z triplikatów technicznych. (por. Sun et al., 2016)

Zapytanie o informacje







Ultradźwiękowe zakłócacze komórkowe do przemysłowej lizy fabryk komórek

Ultradźwiękowa liza i ekstrakcja jest niezawodną i wygodną metodą uwalniania metabolitów z fabryk komórkowych, wspomagając w ten sposób skuteczną produkcję cząsteczek docelowych. Ultradźwiękowe rozbijacze komórek są dostępne w rozmiarach od laboratoryjnych do przemysłowych, a procesy mogą być skalowane całkowicie liniowo.
Hielscher Ultrasonics jest kompetentnym partnerem w zakresie wysokowydajnych zakłócaczy ultradźwiękowych i posiada wieloletnie doświadczenie w dziedzinie implantacji systemów ultradźwiękowych w warunkach laboratoryjnych i przemysłowych.
Ultradźwięki Hielscher mogą być zdalnie sterowane za pomocą przeglądarki. Parametry sonikacji mogą być monitorowane i precyzyjnie dostosowywane do wymagań procesu.Jeśli chodzi o zaawansowany sprzęt i oprogramowanie, systemy rozbijania komórek Hielscher Ultrasonics spełniają wszystkie wymagania dotyczące optymalnej kontroli procesu, łatwej obsługi i przyjazności dla użytkownika. Klienci i użytkownicy ultrasonografów Hielscher doceniają korzyści, jakie ultradźwiękowe rozbijacze komórek i ekstraktory Hielscher pozwalają na precyzyjne monitorowanie i kontrolę procesu. – za pomocą cyfrowego wyświetlacza dotykowego i zdalnego sterowania przez przeglądarkę. Wszystkie ważne dane sonikacji (np. energia netto, energia całkowita, amplituda, czas trwania, temperatura, ciśnienie) są automatycznie zapisywane jako plik CSV na zintegrowanej karcie SD. Pomaga to uzyskać powtarzalne i powtarzalne wyniki oraz ułatwia standaryzację procesu, a także spełnienie Dobrych Praktyk Produkcyjnych (cGMP).
Oczywiście procesory ultradźwiękowe Hielscher są zbudowane do pracy 24/7 pod pełnym obciążeniem i dlatego mogą być niezawodnie eksploatowane w warunkach produkcji przemysłowej. Ze względu na wysoką wytrzymałość i niskie koszty utrzymania, przestoje urządzeń ultradźwiękowych są naprawdę niskie. Funkcje CIP (czyszczenie na miejscu) i SIP (sterylizacja na miejscu) minimalizują pracochłonne czyszczenie, zwłaszcza że wszystkie mokre części są gładkimi metalowymi powierzchniami (bez ukrytych otworów lub dysz).

Poniższa tabela przedstawia przybliżoną wydajność przetwarzania naszych ultradźwiękowców:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Skorzystaj z poniższego formularza, aby uzyskać dodatkowe informacje na temat procesorów ultradźwiękowych, aplikacji i ceny. Z przyjemnością omówimy z Tobą Twój proces i zaoferujemy Ci system ultradźwiękowy spełniający Twoje wymagania!









Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.




Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w procesach laboratoryjnych, laboratoryjnych, pilotażowych i przemysłowych.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do mieszania, dyspersji, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.



Literatura / Referencje

Fakty, które warto znać

sono-bioreaktory

Ultradźwięki są stosowane z jednej strony do rozbijania komórek w celu uwolnienia związków wewnątrzkomórkowych, ale stosowane z łagodniejszymi amplitudami i / lub jako pulsujące wybuchy ultradźwięków, sonikacja może znacznie zwiększyć produktywność metaboliczną komórek drobnoustrojów, roślin i zwierząt w bioreaktorach, zwiększając w ten sposób procesy biotechnologiczne. Sondy ultradźwiękowe mogą być po prostu zintegrowane w bioreaktorach (tzw. sono-bioreaktorach) w celu zwiększenia wydajności żywych biokatalizatorów. Ultradźwięki Hielscher pozwalają na precyzyjnie kontrolowane warunki ultradźwiękowe, które mogą być optymalnie dostrojone do wysokiej konwersji katalitycznej żywych komórek. Dowiedz się więcej o sondach ultradźwiękowych Hielscher do sonobioreaktorów i efektach biokatalizy wzmocnionej ultradźwiękami!

Fabryki komórkowe i synteza metabolitów

Różne mikroorganizmy mogą syntetyzować podobne metabolity, na przykład do produkcji aminokwasów z powodzeniem wykorzystano Corynebacterium, Brevibacterium i Escherichia coli; witaminy zostały zsyntetyzowane przy użyciu Propionibacterium i Pseudomonas; kwasy organiczne pochodzą z Aspergillus, Lactobacillus, Rhizopus; podczas gdy enzymy mogą być wytwarzane przez Aspergillus i Bacillus; antybiotyki mogą być wytwarzane przez Streptomyces i Penicillium; podczas gdy do produkcji biosurfaktantów powszechnie formowane Pseudomonas, Bacillus i Lactobacillus są wykorzystywane jako fabryki komórek.

E. Coli jako fabryki komórek drobnoustrojów

Bakteria E. coli i jej liczne szczepy są szeroko stosowane w biologii molekularnej i stały się jednym z pierwszych wydajnych modeli komórkowych wykorzystywanych jako fabryki komórek drobnoustrojów do produkcji rekombinowanych białek, biopaliw i różnych innych chemikaliów. E. coli posiada naturalną zdolność do produkcji kilku związków, która została ulepszona poprzez bioinżynierię i modyfikacje genetyczne. Na przykład, poprzez przeniesienie heterologicznych enzymów, zdolność E. coli do wytwarzania wielu produktów została zmodyfikowana w celu opracowania nowych szlaków biosyntezy.
(Antonio Valle, Jorge Bolívar: Chapter 8 – Escherichia coli, the workhorse cell factory for the production of chemicals. In: Editor(s): Vijai Singh, Microbial Cell Factories Engineering for Production of Biomolecules, Academic Press, 2021. 115-137.)

Streptomyces jako fabryki komórek drobnoustrojów

Streptomyces to największa grupa promieniowców; gatunki Streptomyces są szeroko rozpowszechnione w ekosystemach wodnych i lądowych. Członkowie rodzaju Streptomyces mają znaczenie komercyjne ze względu na ich zdolność do wytwarzania ogromnej liczby biomolekuł i bioaktywnych metabolitów wtórnych. Wytwarzają klinicznie użyteczne antybiotyki, takie jak tetracykliny, aminoglikozydy, makrolidy, chloramfenikol i ryfamycyny. Oprócz antybiotyków, Streptomyces wytwarzają również inne bardzo cenne produkty farmaceutyczne, w tym leki przeciwnowotworowe, immunostymulujące, immunosupresyjne, przeciwutleniające, owadobójcze i przeciwpasożytnicze, które mają szerokie zastosowanie w medycynie i rolnictwie.
Gatunki Streptomyces wytwarzają szereg enzymów o znaczeniu medycznym, w tym L-asparaginazę, urykazę i oksydazę cholesterolową. Wiele promieniowców może wytwarzać enzymy o znaczeniu przemysłowym, takie jak celulazy, chitynazy, chitozanazy, α-amylazy, proteazy i lipazy. Wiele promieniowców może wytwarzać różne pigmenty, które są potencjalnie dobrą alternatywą dla syntetycznych barwników. Gatunki Streptomyces mają dużą zdolność do wytwarzania aktywnych biomolekuł powierzchniowych, w tym bioemulgatorów i biosurfaktantów. Przeciwcukrzycowa akarboza została wyprodukowana przez szczepy Streptomyces w procesie fermentacji mikrobiologicznej. Gatunki Streptomyces wykazały zdolność do syntezy inhibitorów syntezy cholesterolu, takich jak prawastatyna. Ostatnio gatunki Streptomyces mogą być wykorzystywane jako przyjazne dla środowiska "nanofabryki" do syntezy nanocząstek. Niektóre gatunki Streptomyces są obiecujące w produkcji witaminy B12.
(Noura El-Ahmady El-Naggar: Chapter 11 – Streptomyces-based cell factories for production of biomolecules and bioactive metabolites, In: Editor(s): Vijai Singh, Microbial Cell Factories Engineering for Production of Biomolecules, Academic Press, 2021. 183-234.)


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do rozmiar przemysłowy.

Z przyjemnością omówimy Twój proces.

Let's get in contact.