Ultrazvukom je účinným prostriedkom na rozpad bunkových štruktúr. Preto sú ultrazvukom široko používané v laboratóriách na rozbitie otvorených buniek, extrakciu intracelulárnych molekúl, proteínov a organel na výskum a analýzu. V priemyselnom meradle sa ultrazvukový rozpad a lýza používa na izoláciu molekúl z bunkových tovární alebo na podporu trávenia biomasy.

Čo je ultrazvukový rozpad?

Ultrazvukový rozpad, tiež známy ako ultrazvuková homogenizácia, je proces, ktorý používa vysoko intenzívne, nízkofrekvenčné ultrazvukové vlny na rozbitie bunkových stien a narušenie molekulárnych štruktúr v kvapalnom médiu. Táto technika sa bežne používa v rôznych vedeckých a priemyselných aplikáciách na niekoľko účelov:

Narušenie buniek: Ultrazvukový rozpad je široko používaný v bunkovej biológii a molekulárnej biológii na narušenie bunkových membrán, uvoľňovanie bunkového obsahu, ako sú proteíny, nukleové kyseliny a organely. Je to užitočné na extrakciu intracelulárnych zložiek na analýzu alebo na lyzovanie buniek v mikrobiológii a biotechnologických procesoch.

• Homogenizácia: Pomáha pri rovnomernom miešaní zložiek vo vzorke, najmä pri manipulácii s nemiešateľnými kvapalinami alebo pri snahe dosiahnuť konzistentnú zmes materiálov.
• Extrakcia bielkovín: V biológii, proteomike, biologických vedách, analýze proteínov je veľmi častou úlohou. Pred analýzou proteínov v skúškach sa musia extrahovať z vnútra bunky a izolovať. Sonicators sú najpoužívanejšou metódou extrakcie bielkovín.
• Fragmentácia DNA: DNA a RNA sú odlišné typy nukleových kyselín, ktoré ukladajú a kódujú genetickú informáciu v bunkách. Keď sa analyzuje DNA a RNA, dlhé vlákna musia byť niekedy fragmentované, čo je proces, ktorý možno spoľahlivo a efektívne vykonať ultrazvukom.
• Príprava vzorky: Vo výskume a analýze je príprava vzoriek bežným postupom pred rôznymi analytickými technikami. Ultrazvukový rozpad môže pomôcť rozpustiť alebo rozptýliť vzorky, čo môže zlepšiť presnosť a reprodukovateľnosť analýz.

Výhody ultrazvukového rozpadu

Prečo používať sondový sonikátor na rozpad, narušenie buniek a extrakciu intracelulárnych molekúl a proteínov? Sonicator alebo ultrazvukový dismembrátor ponúka množstvo výhod, ktoré robia ultrazvukom vynikajúcu technológiu v porovnaní s inými metódami dezintegrácie, ako je vysokotlaková homogenizácia, guľové mletie alebo mikrofluidizácia.

• Netepelné: Ultrazvukový rozpad je netepelná metóda, čo znamená, že sa nespolieha na teplo na rozklad materiálov. To je výhodné pre aplikácie, kde by vysoké teploty mohli degradovať vzorky citlivé na teplo.
• Presné a kontrolované: Proces je možné riadiť s vysokou presnosťou, čo umožňuje špecifické narušenie, miešanie alebo zmenšenie veľkosti častíc.
• Rýchle a efektívne: Ultrazvukom je všeobecne rýchla a efektívna metóda, čo je vhodné pre aplikácie s vysokou priepustnosťou.
• Znížená spotreba chemikálií: V mnohých prípadoch môže ultrazvukový rozpad znížiť potrebu drsných chemikálií alebo organických rozpúšťadiel, ktoré môžu byť šetrné k životnému prostrediu a znížiť riziko chemickej kontaminácie.
• Žiadne frézky, žiadne trysky: Alternatívne dezintegračné techniky, ako je frézovanie guľôčok / guľôčok alebo vysokotlakové homogenizátory, majú nevýhody. Mletie guľôčok / guľôčok vyžaduje použitie frézovacieho média (guľôčky alebo perly), ktoré sa musí prácne oddeľovať a čistiť. Vysokotlakové homogenizátory majú dýzy, ktoré sú náchylné na upchatie. Naproti tomu ultrazvukové homogenizátory sú ľahko použiteľné, vysoko spoľahlivé a robustné, vyžadujúce veľmi malú údržbu.
• Univerzálnosť: Môže byť aplikovaný na širokú škálu materiálov, vrátane baktérií, rastlinných buniek, tkaniva cicavcov, rias, húb atď., Čo z neho robí všestrannú techniku v rôznych oblastiach.
  Škálovateľnosť: Ultrazvuková technika môže byť rozšírená pre priemyselné procesy, takže je vhodná pre laboratórne aj veľkoplošné výrobné aplikácie.

Pracovný princíp ultrazvukovej dezintegrácie a narušenia buniek

Ultrazvukom generuje striedavé vysokotlakové a nízkotlakové vlny v exponovanej kvapaline. Počas nízkotlakového cyklu vytvárajú ultrazvukové vlny malé vákuové bubliny v kvapaline, ktoré sa počas vysokotlakového cyklu prudko zrútia. Tento jav sa nazýva kavitácia. Implózia kavitačnej bubliny spôsobuje silné hydrodynamické strihové sily, ktoré spôsobujú najprv sonoporáciu a následné efektívne narušenie bunkových štruktúr. Intracelulárne molekuly a organely sa úplne uvoľnia do rozpúšťadla.

Ultrazvuková dezintegrácia bunkových štruktúr

Šmykové sily môžu rozpadnúť vláknitý celulózový materiál na jemné častice a rozbiť steny bunkovej štruktúry. Tým sa do kvapaliny uvoľní viac vnútrobunkového materiálu, ako je škrob alebo cukor. Okrem toho sa materiál bunkovej steny rozbíja na malé zvyšky.

Tento účinok sa môže použiť na fermentáciu, trávenie a iné procesy premeny organickej hmoty. Po frézovanie a brúsenie, ultrazvukom robí viac intra-celulárny materiál, napr škrob, rovnako ako bunkové steny nečistoty k dispozícii enzýmy, ktoré premieňajú škrob na cukry. To tiež zvyšuje plochy vystavené enzýmy počas skvapalňovanie alebo saccharification. To zvyčajne zvyšuje rýchlosť a výnos kvasiniek kvasenie a ďalších konverzných procesov, napríklad na podporu výroby etanolu z biomasy.

Použite ultrazvukový rozpad – Spoľahlivo a efektívne v akomkoľvek rozsahu

Hielscher sonicators sú k dispozícii s rôznymi výkonovými a spracovateľskými kapacitami. Či už chcete sonikovať malé biologické vzorky z niekoľkých mikrolitrov na niekoľko litrov alebo potrebujete spracovať veľké bunkové alebo biomasové prúdy na výrobu, Hielscher Ultrasonics vám ponúkne najvhodnejší ultrazvukový dismembrátor pre vašu biologickú aplikáciu.

• laboratórny stupnica pre 1 ml na cca 5L napr. UP400St s 22mm sonotrode
• v hornej plošnej stupnici na cca 0,1 až 20L/min napr. UIP1000hdT s 34 mm sonotrode a flowcell
• výrobnej stupnice začínajúcou na 20L/min napr. UIP4000hdT alebo UIP16000hdT

Nasledujúca tabuľka vám poskytuje informácie o približnej kapacite spracovania našich ultrazvukových prístrojov laboratórnej veľkosti:

Prosím, použite formulár nižšie, ak by ste chceli dostávať viac informácií o používaní ultrazvukových zariadení na účely rozpadu buniek. Budeme radi pomôžeme.

Nasledujúca tabuľka vám poskytuje údaje o približnej spracovateľskej kapacite našich priemyselných ultrasonicators:

Literatúra/referencie