Ultrasonication é um meio eficaz de desintegrar estruturas celulares. Portanto, os sonicadores são amplamente utilizados em laboratórios para quebrar células abertas, extrair moléculas intracelulares, proteínas e organelas para pesquisa e análise. Em escala industrial, a desintegração ultra-sônica e lise é usada para isolar moléculas de fábricas de células ou para promover a digestão de biomassa.

O que é desintegração ultra-sônica?

A desintegração ultra-sônica, também conhecida como homogeneização ultra-sônica, é um processo que usa ondas de ultrassom de alta intensidade e baixa frequência para quebrar as paredes celulares e interromper as estruturas moleculares em um meio líquido. Esta técnica é comumente utilizada em diversas aplicações científicas e industriais para diversos fins:

Interrupção da célula: A desintegração ultra-sônica é amplamente utilizada em biologia celular e biologia molecular para interromper as membranas celulares, liberando conteúdo celular como proteínas, ácidos nucléicos e organelas. Isso é útil para extrair componentes intracelulares para análise ou para lisar células em processos de microbiologia e biotecnologia.

• Homogeneização: Ele ajuda na mistura uniforme de componentes em uma amostra, especialmente quando se lida com líquidos imiscíveis ou quando se tenta obter uma mistura consistente de materiais.
• Extração de Proteínas: Em biologia, proteômica das ciências da vida, a análise de proteínas é uma tarefa muito comum. Antes que as proteínas possam ser analisadas em ensaios, elas devem ser extraídas do interior da célula e isoladas. Sonicators são o método mais amplamente utilizado para extração de proteínas.
• Fragmentação do DNA: DNA e RNA são tipos distintos de ácidos nucléicos que armazenam e codificam informações genéticas nas células. Quando o DNA e o RNA são analisados, as fitas longas às vezes devem ser fragmentadas, um processo que pode ser feito de forma confiável e eficiente por sonicação.
• Preparo da amostra: Em pesquisa e análise, a preparação de amostras é um procedimento comum antes de várias técnicas analíticas. A desintegração ultra-sônica pode ajudar a dissolver ou dispersar amostras, o que pode melhorar a precisão e a reprodutibilidade das análises.

Vantagens da desintegração ultra-sônica

Por que usar um sonicador do tipo sonda para desintegração, ruptura celular e extração de moléculas e proteínas intracelulares? Um sonicator ou desmembrator ultra-sônico oferece inúmeras vantagens que tornam a sonicação a tecnologia superior quando comparada a outros métodos de desintegração, como homogeneização de alta pressão, moagem de bolas ou microfluidização.

• Não Térmicos: A desintegração ultra-sônica é um método não térmico, o que significa que não depende do calor para quebrar materiais. Isso é vantajoso para aplicações em que altas temperaturas podem degradar amostras sensíveis ao calor.
• Preciso e Controlado: O processo pode ser controlado com alta precisão, permitindo ruptura, mistura ou redução do tamanho das partículas específicas.
• Rápido e eficiente: Ultrasonication é geralmente um método rápido e eficiente, tornando-o adequado para aplicações de alto rendimento.
• Uso reduzido de produtos químicos: Em muitos casos, a desintegração ultra-sônica pode reduzir a necessidade de produtos químicos agressivos ou solventes orgânicos, que podem ser ecologicamente corretos e reduzir o risco de contaminação química.
• Sem fresagem, sem bicos: Técnicas alternativas de desintegração, como moagem de bolas/contas ou homogeneizadores de alta pressão, apresentam desvantagens. A moagem de bolas/contas requer o uso de meios de moagem (contas ou pérolas), que devem ser laboriosamente separados e limpos. Os homogeneizadores de alta pressão têm bicos que são propensos a entupimento. Em contraste, os homogeneizadores ultra-sônicos são fáceis de usar, altamente confiáveis e robustos, exigindo muito pouca manutenção.
• Versatilidade: Pode ser aplicado a uma ampla gama de materiais, incluindo bactérias, células vegetais, tecidos de mamíferos, algas, fungos etc., tornando-se uma técnica versátil em vários campos.
  Escalabilidade: A técnica ultra-sônica pode ser ampliada para processos industriais, tornando-a adequada para aplicações de produção em laboratório e em larga escala.

O princípio de funcionamento da desintegração ultra-sônica e ruptura celular

Ultrasonication gera ondas alternadas de alta pressão e baixa pressão no líquido exposto. Durante o ciclo de baixa pressão, as ondas ultra-sônicas criam pequenas bolhas de vácuo no líquido que colapsam violentamente durante um ciclo de alta pressão. Esse fenômeno é denominado cavitação. A implosão da bolha de cavitação causa fortes forças de cisalhamento hidrodinâmicas que causam a primeira sonoporação e subsequente a ruptura eficiente das estruturas celulares. Moléculas intracelulares e organelas são completamente liberadas no solvente.

Desintegração ultra-sônica de estruturas celulares

As forças de cisalhamento podem desintegrar material fibroso e celulósico em partículas finas e quebrar as paredes da estrutura celular. Isso libera mais material intracelular, como amido ou açúcar no líquido. Além disso, o material da parede celular está sendo quebrado em pequenos detritos.

Este efeito pode ser utilizado para a fermentação, digestão e outros processos de conversão de matéria orgânica. Após a moagem e moagem, ultra-som faz mais do material intra-celular, por exemplo, amido, bem como os detritos da parede celular disponíveis para as enzimas que convertem o amido em açúcares. Ele faz também aumentar a área de superfície exposta para as enzimas durante a liquefacção ou sacarificação. Isto tipicamente aumentar a velocidade e o rendimento da fermentação de levedura e outros processos de conversão de, por exemplo, para aumentar a produção de etanol a partir de biomassa.

Usar desintegração ultra-sônica – Confiável e eficiente em qualquer escala

Os sonicators Hielscher estão disponíveis com diferentes classificações de potência e capacidades de processamento. Se você deseja sonicar pequenas amostras biológicas de alguns microlitros a alguns litros ou precisa processar grandes células ou fluxos de biomassa para produção, Hielscher Ultrasonics oferecerá o desmembrator ultrassônico mais adequado para sua aplicação biológica.

• escala de laboratório para 1mL de aprox. 5L e.g. UP400St com 22 milímetros sonotrode
• escala de bancada a aprox. 0,1 a 20 L / min, por exemplo, UIP1000hdT com 34 milímetros sonotrode e célula de fluxo
• de partida escala de produção a 20L / min, por exemplo, UIP4000hdT ou UIP16000hdT

A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassonicators de tamanho de laboratório:

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Literatura / Referências