Ultrazvukový rozpad buniek
Ultrazvuk je účinným prostriedkom na rozklad bunkových štruktúr. Preto sú sonikátory široko používané v laboratóriách na rozbíjanie otvorených buniek, extrakciu intracelulárnych molekúl, proteínov a organel na výskum a analýzu. V priemyselnom meradle sa ultrazvuková dezintegrácia a lýza používa na izoláciu molekúl z bunkových tovární alebo na podporu trávenia biomasy.
Čo je ultrazvuková dezintegrácia?
Ultrazvuková dezintegrácia, tiež známa ako ultrazvuková homogenizácia, je proces, ktorý využíva vysokointenzívne, nízkofrekvenčné ultrazvukové vlny na rozklad 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: Ultrazvuková dezintegrácia je široko používaná v bunkovej biológii a molekulárnej biológii na narušenie bunkových membrán a uvoľnenie bunkového obsahu, ako sú bielkoviny, nukleové kyseliny a organely. To je užitočné na extrakciu intracelulárnych zložiek na analýzu alebo na lyzáciu buniek v mikrobiologických a biotechnologických procesoch.
- Homogenizácia: Pomáha pri rovnomernom miešaní zložiek vo vzorke, najmä pri práci s nemiešateľnými kvapalinami alebo pri snahe dosiahnuť konzistentnú zmes materiálov.
- Extrakcia bielkovín: V biológii, proteomike, biologických vedách je analýza proteínov veľmi bežnou úlohou. Predtým, ako sa proteíny môžu analyzovať v testoch, musia sa extrahovať z vnútra bunky a izolovať. Sonikátory 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 sonikáciou.
- 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 ultrazvukovej dezintegrácie
Prečo používať sondový sonikátor na rozpad, narušenie buniek a extrakciu intracelulárnych molekúl a proteínov? Sonikátor alebo ultrazvukový dismembrator ponúka množstvo výhod, vďaka ktorým je sonikácia vynikajúcou technológiou v porovnaní s inými metódami dezintegrácie, ako je vysokotlaková homogenizácia, guľové mletie alebo mikrofluidizácia.
- Netepelné: Ultrazvukový rozpad je netepelná metóda, čo znamená, že sa pri rozklade materiálov nespolieha na teplo. 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: Ultrazvuk je vo všeobecnosti rýchla a efektívna metóda, vďaka čomu je vhodný pre vysokovýkonné aplikácie.
- Znížená spotreba chemikálií: V mnohých prípadoch môže ultrazvukový rozpad znížiť potrebu agresívnych chemikálií alebo organických rozpúšťadiel, ktoré môžu byť šetrné k životnému prostrediu a znížiť riziko chemickej kontaminácie.
- Žiadne frézovacie médiá, žiadne trysky: Alternatívne techniky rozpadu, ako je frézovanie guľôčok/guľôčok alebo vysokotlakové homogenizátory, majú nevýhody. Frézovanie guľôčok/guľôčok si vyžaduje použitie mlecieho média (guľôčky alebo perly), ktoré je potrebné pracne oddeliť a vyčistiť. Vysokotlakové homogenizátory majú dýzy, ktoré sú náchylné na upchatie. Naproti tomu ultrazvukové homogenizátory sa ľahko používajú, sú vysoko spoľahlivé a robustné a vyžadujú 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: Ultrazvukovú techniku je možné rozšíriť pre priemyselné procesy, vďaka čomu je vhodná pre laboratórne aj rozsiahle výrobné aplikácie.
Princíp činnosti ultrazvukového rozpadu a narušenia buniek
Ultrazvuk vytvára striedavé vysokotlakové a nízkotlakové vlny v exponovanej kvapaline. Počas nízkotlakového cyklu vytvárajú ultrazvukové vlny v kvapaline malé vákuové bubliny, ktoré sa počas vysokotlakového cyklu prudko zrútia. Tento jav sa nazýva kavitácia. Implózia kavitačnej bubliny spôsobuje silné hydrodynamické šmykové sily, ktoré spôsobujú prvú sonoporáciu a následné efektívne narušenie bunkových štruktúr. Intracelulárne molekuly a organely sa úplne uvoľnia do rozpúšťadla.
Ultrazvukový rozpad bunkových štruktúr
Šmykové sily môžu rozložiť 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 úlomky.
Tento efekt sa môže použiť na fermentáciu, trávenie a iné procesy premeny organických látok. Po mletí a mletí ultrazvukom sa enzýmom, ktoré premieňajú škrob na cukry, sprístupňuje viac vnútrobunkového materiálu, napr. škrobu, ako aj zvyškov bunkovej steny. Zväčšuje tiež povrchovú plochu vystavenú enzýmom počas skvapalňovania alebo cukornatenia. To zvyčajne zvyšuje rýchlosť a výťažnosť kvasinkovej fermentácie a iných procesov konverzie, napr. na zvýšenie výroby etanolu z biomasy.
Použite ultrazvukovú dezintegráciu – Spoľahlivo a efektívne v akomkoľvek meradle
Ultrazvukové prístroje Hielscher sú k dispozícii s rôznymi výkonmi a kapacitami spracovania. Či už chcete sonikovať malé biologické vzorky od niekoľkých mikrolitrov do niekoľkých litrov, alebo potrebujete spracovať veľké bunkové alebo biomasové toky na výrobu, Hielscher Ultrasonics vám ponúkne najvhodnejší ultrazvukový dismembrator pre vašu biologickú aplikáciu.
- laboratórna váha od 1 ml do približne 5 l, napr. UP400St s 22 mm sonotródou
- stolová stupnica pri približne 0,1 až 20 l/min, napr. UIP1000hdT s 34 mm sonotródou a prietokovou bunkou
- výrobný rozsah začínajúci na 20 l/min, napr. UIP4000hdT alebo UIP16000hdT
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov veľkosti laboratória:
Odporúčané zariadenia | Objem dávky | Prietok |
---|---|---|
UIP400MTP 96-jamkový tanierový sonikátor | viacjamkové / mikrotitračné platne | N.A. |
Ultrazvukový CupHorn | CupHorn pre injekčné liekovky alebo kadičky | N.A. |
GDmini2 | Ultrazvukový mikroprietokový reaktor | N.A. |
VialTweeter | 05 až 1,5 ml | N.A. |
UP100H | 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min |
UP200Ht, UP200St | 10 až 1000 ml | 20 až 200 ml/min |
UP400St | 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min |
Ultrazvuková trepačka na sito | N.A. | N.A. |
Ak chcete získať viac informácií o používaní ultrazvukových prístrojov na účely rozpadu buniek, použite nižšie uvedený formulár. Radi vám pomôžeme.
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Nasledujúca tabuľka uvádza približnú kapacitu spracovania našich priemyselných ultrazvukových prístrojov:
Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
---|---|---|
200 ml až 5 l | 00,05 až 1 l/min | UIP500hdT |
1 až 10 l | 00,1 až 2 l/min | UIP1000hdT |
5 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
15 až 150 l | 3 až 15 l/min | UIP6000hdT | N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Literatúra / Referencie
- 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.