Desintegração ultra-sónica de células
A ultrassonografia é um meio eficaz de desintegração das estruturas celulares. Por conseguinte, os sonicadores são amplamente utilizados em laboratórios para abrir células, extrair moléculas intracelulares, proteínas e organelos para investigação e análise. À escala industrial, a desintegração e a lise ultra-sónicas são utilizadas para isolar moléculas das fábricas de células ou para promover a digestão da biomassa.
O que é a desintegração por ultra-sons?
A desintegração por ultra-sons, também conhecida como homogeneização por ultra-sons, é um processo que utiliza ondas de ultra-sons de alta intensidade e baixa frequência para quebrar as paredes celulares e perturbar as estruturas moleculares num meio líquido. Esta técnica é normalmente utilizada em várias aplicações científicas e industriais para diversos fins:
Perturbação celular: A desintegração ultra-sónica é amplamente utilizada em biologia celular e biologia molecular para romper as membranas celulares, libertando conteúdos celulares como proteínas, ácidos nucleicos e organelos. Isto é útil para a extração de componentes intracelulares para análise ou para a lise de células em processos de microbiologia e biotecnologia.
- Homogeneização: Ajuda na mistura uniforme de componentes numa amostra, especialmente quando se trata de líquidos imiscíveis ou quando se tenta obter uma mistura consistente de materiais.
- Extração de proteínas: Em biologia, proteómica e ciências da vida, a análise de proteínas é uma tarefa muito comum. Antes de as proteínas poderem ser analisadas em ensaios, têm de ser extraídas do interior da célula e isoladas. Os sonicadores são o método mais utilizado para a extração de proteínas.
- Fragmentação do ADN: O ADN e o ARN são tipos distintos de ácidos nucleicos que armazenam e codificam a informação genética nas células. Quando o ADN e o ARN são analisados, as longas cadeias têm por vezes de ser fragmentadas, um processo que pode ser feito de forma fiável e eficiente por sonicação.
- Preparação da amostra: Na investigação e análise, a preparação de amostras é um procedimento comum antes de várias técnicas analíticas. A desintegração por ultra-sons pode ajudar a dissolver ou dispersar as amostras, o que pode melhorar a precisão e a reprodutibilidade das análises.

Sonicador tipo sonda UP200St para desintegração celular, rompimento e extração de células
Vantagens da desintegração por ultra-sons
Porquê utilizar um sonicador do tipo sonda para a desintegração, rutura celular e extração de moléculas e proteínas intracelulares? Um sonicador ou desmembrador ultrassónico oferece inúmeras vantagens que fazem da sonicação a tecnologia superior quando comparada com outros métodos de desintegração, como a homogeneização a alta pressão, a moagem de bolas ou a microfluidização.
- Não térmico: A desintegração por ultra-sons é um método não térmico, o que significa que não depende do calor para decompor os materiais. Isto é vantajoso para aplicações em que as temperaturas elevadas poderiam degradar amostras sensíveis ao calor.
- Preciso e controlado: O processo pode ser controlado com elevada precisão, permitindo uma perturbação específica, mistura ou redução do tamanho das partículas.
- Rápido e eficiente: A ultrassonografia é geralmente um método rápido e eficiente, o que a torna adequada para aplicações de elevado rendimento.
- Redução da utilização de produtos químicos: Em muitos casos, a desintegração por ultra-sons pode reduzir a necessidade de produtos químicos agressivos ou solventes orgânicos, o que pode ser amigo do ambiente e reduzir o risco de contaminação química.
- Sem meios de moagem, sem bicos: As técnicas de desintegração alternativas, como a moagem com bolas/esferas ou os homogeneizadores de alta pressão, têm desvantagens. A moagem com esferas/esferas requer a utilização de meios de moagem (esferas ou pérolas), que devem ser laboriosamente separados e limpos. Os homogeneizadores de alta pressão têm bicos que são propensos a entupir. Em contrapartida, os homogeneizadores ultra-sónicos são fáceis de utilizar, altamente fiáveis e robustos, exigindo muito pouca manutenção.
- Versatilidade: Pode ser aplicada a uma vasta gama de materiais, incluindo bactérias, células vegetais, tecidos de mamíferos, algas, fungos, etc., o que a torna uma técnica versátil em vários domínios.
Escalabilidade: A técnica ultra-sónica pode ser ampliada para processos industriais, o que a torna adequada tanto para aplicações laboratoriais como para aplicações de produção em grande escala.
O princípio de funcionamento da desintegração ultra-sónica e da rutura celular
A ultrassonografia gera ondas alternadas de alta pressão e baixa pressão no líquido exposto. Durante o ciclo de baixa pressão, as ondas ultra-sónicas criam pequenas bolhas de vácuo no líquido que colapsam violentamente durante um ciclo de alta pressão. Este fenómeno é designado por cavitação. A implosão da bolha de cavitação provoca fortes forças de cisalhamento hidrodinâmicas que causam primeiro a sonoporação e, em seguida, a rutura eficiente das estruturas celulares. As moléculas e organelos intracelulares são completamente libertados para o solvente.
Desintegração ultra-sónica de estruturas celulares
As forças de cisalhamento podem desintegrar o material fibroso e celulósico em partículas finas e quebrar as paredes da estrutura celular. Isto liberta mais material intracelular, como o amido ou o açúcar, para o líquido. Além disso, o material da parede celular está a ser quebrado em pequenos detritos.
Este efeito pode ser usado para fermentação, digestão e outros processos de conversão de matéria orgânica. Depois de moagem e trituração, ultrassom faz mais do material intra-celular, por exemplo, amido, bem como os restos de parede celular disponíveis para as enzimas que convertem o amido em açúcares. Também aumenta a área de superfície exposta às enzimas durante a liquefação ou sacarificação. Isto normalmente aumenta a velocidade e o rendimento da fermentação da levedura e outros processos de conversão, por exemplo, para aumentar a produção de etanol a partir da biomassa.
Utilizar a desintegração por ultra-sons – De forma fiável e eficiente em qualquer escala
Os sonicadores Hielscher estão disponíveis com diferentes potências e capacidades de processamento. Quer pretenda sonicar pequenas amostras biológicas de alguns microlitros a alguns litros ou necessite de processar grandes fluxos de células ou biomassa para produção, a Hielscher Ultrasonics oferece-lhe o desmembrador ultrassónico mais adequado para a sua aplicação biológica.
- escala de laboratório para 1mL a aprox. 5L, por exemplo UP400St com sonotrodo de 22 mm
- balança de bancada com aprox. 0,1 a 20L/min, por exemplo UIP1000hdT com sonotrodo de 34 mm e célula de fluxo
- escala de produção a partir de 20L/min, por exemplo UIP4000hdt OU UIP16000hdT
A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultrassons de laboratório:
Dispositivos recomendados | Volume do lote | caudal |
---|---|---|
Sonicador de placas de 96 poços UIP400MTP | placas multipoços / microtitulação | n.d. |
CupHorn ultrassónico | CupHorn para frascos ou copo | n.d. |
GDmini2 | reator de microfluxo ultrassónico | n.d. |
VialTweeter | 0.5 a 1,5mL | n.d. |
UP100H | 1 a 500mL | 10 a 200mL/min |
UP200Ht, UP200St | 10 a 1000mL | 20 a 200mL/min |
UP400ST | 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min |
Agitador de peneiras por ultra-sons | n.d. | n.d. |
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O quadro abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons industriais:
Volume do lote | caudal | Dispositivos recomendados |
---|---|---|
200mL a 5L | 0.05 a 1L/min | UIP500hdt |
1 a 10L | 0.1 a 2L/min | UIP1000hdt |
5 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdt |
15 a 150L | 3 a 15L/min | UIP6000hdT | n.d. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
n.d. | maior | grupo de UIP16000 |

Homogeneizador ultrassónico UP400ST para solubilização celular, lise e extração de proteínas
Literatura / Referências
- 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.

CupHorn ultrassónico para a intensa sonicação de tubos e frascos fechados para a homogeneização estéril de amostras.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultra-sónicos de alto desempenho a partir de laboratório para dimensão industrial.