Dezintegrarea cu ultrasunete a celulelor

Ultrasonication este un mijloc eficient de dezintegrare a structurilor celulare. Prin urmare, sonicatorii sunt utilizați pe scară largă în laboratoare pentru a sparge celulele deschise, extrage molecule intracelulare, proteine și organite pentru cercetare și analiză. La scară industrială, dezintegrarea cu ultrasunete și liza este utilizat pentru a izola moleculele din fabricile de celule sau pentru a promova digestia biomasei.

Ce este dezintegrarea cu ultrasunete?

Dezintegrarea cu ultrasunete, cunoscută și sub numele de omogenizare cu ultrasunete, este un proces care utilizează unde cu ultrasunete de înaltă intensitate, de joasă frecvență, pentru a descompune pereții celulari și a perturba structurile moleculare într-un mediu lichid. Această tehnică este frecvent utilizată în diverse aplicații științifice și industriale în mai multe scopuri:

Întreruperea celulelor: Dezintegrarea cu ultrasunete este utilizat pe scară largă în biologia celulară și biologia moleculară pentru a perturba membranele celulare, eliberând conținut celular, ar fi proteine, acizi nucleici, și organite. Acest lucru este util pentru extragerea componentelor intracelulare pentru analiză sau pentru liza celulelor în procesele de microbiologie și biotehnologie.

• Omogenizarea: Ajută la amestecarea uniformă a componentelor într-o probă, în special atunci când se ocupă de lichide nemiscibile sau când se încearcă obținerea unui amestec consistent de materiale.
• Extracția proteinelor: În biologie, știința vieții proteomică, analiza proteinelor este o sarcină foarte frecventă. Înainte ca proteinele să poată fi analizate în teste, acestea trebuie extrase din interiorul celulei și izolate. Sonicatorii sunt metoda cea mai utilizată pe scară largă pentru extracția proteinelor.
• Fragmentarea ADN-ului: ADN și ARN sunt tipuri distincte de acizi nucleici care stochează și codifică informații genetice în celule. Atunci când ADN și ARN sunt analizate, firele lungi trebuie uneori să fie fragmentate, un proces care poate fi realizat în mod fiabil și eficient prin sonicare.
• Pregătirea probei: În cercetare și analiză, pregătirea probei este o procedură obișnuită înainte de diferite tehnici analitice. Dezintegrarea cu ultrasunete poate ajuta la dizolvarea sau dispersarea probelor, ceea ce poate îmbunătăți acuratețea și reproductibilitatea analizelor.

Avantajele dezintegrării cu ultrasunete

De ce folosind un sonicator de tip sondă pentru dezintegrare, perturbarea celulelor și extracția moleculelor și proteinelor intracelulare? Un sonicator sau dezmembrator cu ultrasunete oferă numeroase avantaje care face sonicare tehnologia superioară în comparație cu alte metode de dezintegrare, ar fi omogenizarea la presiune înaltă, frezarea cu bile sau microfluidizarea.

• Non-termice: Dezintegrarea cu ultrasunete este o metodă non-termică, ceea ce înseamnă că nu se bazează pe căldură pentru a descompune materialele. Acest lucru este avantajos pentru aplicațiile în care temperaturile ridicate ar putea degrada probele sensibile la căldură.
• Precis și controlat: Procesul poate fi controlat cu mare precizie, permițând întreruperea specifică, amestecarea sau reducerea dimensiunii particulelor.
• Rapid și eficient: Ultrasonication este, în general, o metodă rapidă și eficientă, făcându-l potrivit pentru aplicații cu randament ridicat.
• Utilizare redusă a substanțelor chimice: În multe cazuri, dezintegrarea cu ultrasunete poate reduce nevoia de substanțe chimice dure sau solvenți organici, care pot fi ecologice și pot reduce riscul de contaminare chimică.
• Fără medii de frezare, fără duze: Tehnicile alternative de dezintegrare, cum ar fi frezarea cu bile / mărgele sau omogenizatoare de înaltă presiune, vin cu dezavantaje. Frezarea cu bile/mărgele necesită utilizarea mediilor de frezare (mărgele sau perle), care trebuie separate și curățate laborios. Omogenizatoarele de înaltă presiune au duze care sunt predispuse la înfundare. În schimb, omogenizatoare cu ultrasunete sunt ușor de utilizat, extrem de fiabile și robuste, care necesită foarte puțină întreținere.
• Versatilitate: Poate fi aplicat pe o gamă largă de materiale, inclusiv bacterii, celule vegetale, țesut de mamifere, alge, ciuperci etc., făcându-l o tehnică versatilă în diverse domenii.
  Scalabilitate: Tehnica cu ultrasunete poate fi scalată pentru procesele industriale, făcându-l potrivit atât pentru aplicații de laborator și de producție la scară largă.

Principiul de lucru al dezintegrării cu ultrasunete și întreruperea celulelor

Ultrasonication generează valuri alternative de înaltă presiune și joasă presiune în lichidul expus. În timpul ciclului de joasă presiune, undele ultrasonice creează bule mici de vid în lichid care se prăbușesc violent în timpul unui ciclu de înaltă presiune. Acest fenomen se numește cavitație. Implozia bulei de cavitație determină forțe hidrodinamice puternice de forfecare care determină mai întâi sonoporația și ulterior perturbarea eficientă a structurilor celulare. Moleculele și organele intracelulare sunt complet eliberate în solvent.

Dezintegrarea cu ultrasunete a structurilor celulare

Forțele de forfecare pot dezintegra materialul fibros, celulozic în particule fine și pot rupe pereții structurii celulare. Acest lucru eliberează mai mult din materialul intracelular, cum ar fi amidonul sau zahărul în lichid. În plus, materialul peretelui celular este rupt în resturi mici.

Acest efect poate fi utilizat pentru fermentație, digestie și alte procese de conversie a materiei organice. După măcinare și măcinare, ultrasonication face mai mult din materialul intra-celular, de exemplu, amidon, precum și resturile peretelui celular disponibile enzimelor care transformă amidonul în zaharuri. De asemenea, crește suprafața expusă enzimelor în timpul lichefierii sau zaharificării. Acest lucru crește de obicei viteza și randamentul fermentației drojdiei și a altor procese de conversie, de exemplu pentru a stimula producția de etanol din biomasă.

Utilizați dezintegrarea cu ultrasunete – Fiabilitate și eficiență la orice scară

Hielscher sonicators sunt disponibile cu diferite ratinguri de putere și capacități de procesare. Indiferent dacă doriți să sonicate probe biologice mici de la câțiva microlitri la câțiva litri sau trebuie să proceseze fluxuri de celule mari sau biomasă pentru producție, Hielscher Ultrasonics vă va oferi cel mai potrivit dismembrator cu ultrasunete pentru aplicația biologică.

• scară de laborator pentru 1 ml până la aproximativ 5 l, de ex. UP400St cu sonotrodă de 22 mm
• scală de banc la aproximativ 0,1 până la 20 L / min, de ex. UIP1000hdT cu 34mm sonotrode și flowcell
• scară de producție începând de la 20L / min, de ex. UIP4000hdT sau UIP16000hdT

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre de dimensiuni de laborator:

Vă rugăm să utilizați formularul de mai jos, dacă doriți să primiți mai multe informații cu privire la utilizarea dispozitivelor cu ultrasunete în scopul dezintegrării celulelor. Vom fi bucuroși să vă ajutăm.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității aproximative de procesare a ultrasonicators noastre industriale:

Literatură / Referințe