Zvládanie laboratórnych úloh pomocou ultrazvukového homogenizátora
Sonikátory sú základné laboratórne prístroje používané v širokej škále aplikácií, ako sú homogenizácia a miešanie, extrakcia, dispergovanie, emulgovanie, rozpúšťanie, rozrušovanie buniek, fragmentácia DNA a sonochemické reakcie. Na vykonávanie týchto bežných úloh pri každodennej laboratórnej práci sa zvyčajne používajú sondové sonikátory. Pri laboratórnych vzorkách, pri ktorých sú limitujúcimi faktormi krížová kontaminácia alebo strata vzorky, sú bezkontaktné sonikátory Hielscher osvedčeným riešením na ultrazvukovú prípravu vzoriek.
Sondové sonikátory a bezkontaktné sonikátory
Sondový sonikátor vnáša do média intenzívne ultrazvukové vlny – sústredené na hrote sonotródy alebo sondy. Použitie otvorenej alebo uzavretej nádoby umožňuje jednoduché, ale spoľahlivé ultrazvukové spracovanie kvapalných médií. Montáž sonotródy do prietokovej cely umožňuje kontinuálnu sonikáciu prúdu kvapaliny. Takéto prietokové usporiadanie predstavuje sofistikovaný spôsob ultrazvukového spracovania väčších objemov alebo viskóznych kvapalín a pást.
Pomocou bezkontaktných sonikátorov, ako sú VialTweeter, sonikátor pre viacjamkové platničky UIP400MTP, CupHorn a prietokový reaktor GDmini2, možno vzorky spracovávať bez dotyku / bezkontaktne – čím sa predchádza krížovej kontaminácii a strate vzorky. Ďalšou výhodou bezkontaktných sonikátorov Hielscher je vysoká kapacita spracovania vzoriek pri ich príprave.
Sonikácia je pôsobenie výkonového ultrazvuku prostredníctvom ultrazvukovej sondy s cieľom rozhýbať častice vo vzorke a manipulovať s nimi. Ultrazvukové prístroje sa vo veľkej miere používajú v akademickom výskume, analytických a forenzných laboratóriách, klinických zariadeniach a výrobných prevádzkach, kde sa sonikácia používa na homogenizáciu a miešanie suspenzií typu kvapalina–kvapalina alebo kvapalina–tuhá látka, extrakciu bioaktívnych látok a bunkových zložiek, rozrušovanie buniek, baktérií a tkanív, rozpúšťanie práškov, odstraňovanie biofilmov alebo iniciáciu chemických reakcií.
Keďže oblasť použitia sonikátorov je taká široká, sonikátory sa často označujú podľa ich konkrétnej úlohy. Preto sa môžete stretnúť s rôznymi označeniami ultrazvukových prístrojov, ako sú:
- Ultrazvukový homogenizátor:
Ultrazvukové homogenizátory sa používajú na miešanie a premiešavanie dvoch alebo viacerých fáz do rovnomernej suspenzie. Ako výkonná alternatíva k vysokotlakovým homogenizátorom, lopatkovým miešačom a mikrofluidizátorom vynikajú sondové sonikátory výnimočnou schopnosťou vytvárať nanodisperzie a nanoemulzie. - Ultrazvukový dispergátor:
Ultrazvukové dispergátory využívajú vysokofrekvenčné zvukové vlny na zmenšovanie častíc a ich rovnomerné rozptýlenie v kvapaline. Tento proces je obzvlášť užitočný pri vytváraní stabilných suspenzií tuhých častíc v kvapalinách, napríklad pri dispergovaní pigmentov v atramentoch alebo častíc v suspenzných zmesiach. - Ultrazvukový emulgátor:
Ultrazvukové emulgátory využívajú ultrazvukové vlny na vytváranie jemných emulzií miešaním dvoch nemiešateľných kvapalín, napríklad oleja a vody. Zvukové vlny s vysokou intenzitou vytvárajú kavitačné bubliny, ktoré implodujú a vytvárajú intenzívne šmykové sily, ktoré rozbíjajú kvapôčky a vytvárajú emulzie s kvapôčkami nanometrových rozmerov, vďaka čomu sú stabilné a rovnomerné. - Ultrazvukový drvič buniek:
Tieto zariadenia, známe aj ako ultrazvukové dezintegrátory buniek alebo lyzátory, využívajú ultrazvukovú energiu na narušenie bunkových membrán a uvoľnenie vnútrobunkového obsahu. Tento proces je nevyhnutný v biologických a biochemických aplikáciách pri extrakcii proteínov, DNA a ďalších bunkových zložiek. - Ultrazvukový extraktor:
Ultrazvukové extraktory pôsobia ultrazvukovými vlnami na rastlinný materiál, čím ho rozrušujú a zlepšujú extrakciu bioaktívnych zlúčenín, ako sú éterické oleje, flavonoidy alebo iné fytochemikálie. Kavitačný účinok zlepšuje prenikanie rozpúšťadla a prenos hmoty, čo vedie k účinnejšej extrakcii. - Ultrazvukový rozpúšťač:
Ultrazvukové rozpúšťacie zariadenia využívajú ultrazvukovú energiu na rýchle a účinné rozpúšťanie tuhých látok v kvapalinách. To je užitočné pri príprave roztokov alebo suspenzií, v ktorých je potrebné rozpúšťanú látku rovnomerne a rýchlo rozptýliť, napríklad vo farmaceutických prípravkoch alebo chemických formuláciách. - Ultrazvukový mixér:
Ultrazvukové mixéry využívajú ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou na miešanie kvapalín a kalov, čím zabezpečujú rovnomerné zloženie. Tento proces miešania zvláda široký rozsah viskozít a je obzvlášť účinný pri homogenizácii produktov, ktoré sa ťažko miešajú konvenčnými metódami, ako sú cementové pasty alebo predzmesi s vysokým obsahom tuhých látok. - Ultrazvukové miešadlo:
Ultrazvukové miešadlá využívajú ultrazvukovú energiu na miešanie alebo premiešavanie kvapalín, čím podporujú rovnomerné premiešanie a zabraňujú sedimentácii. Táto metóda je prínosná v rôznych priemyselných odvetviach na udržiavanie rovnomerného zloženia roztokov, suspenzií alebo disperzií v priebehu času.
Sonikátor UIP400MTP pre 96-jamkové platničky na sonikáciu mikrotitračných a viacjamkových platničiek
Sonikácia viacjamkových platničiek a Petriho misiek
Viacjamkové platničky a Petriho misky sú bežné laboratórne nádoby. Viacjamkové platničky, známe aj ako mikroplatničky alebo mikrojamkové platničky, sú ploché platničky s viacerými „jamkami“, ktoré sa používajú ako malé skúmavky. Sú dostupné v rôznych konfiguráciách, zvyčajne so 6, 12, 24, 48, 96, 384 alebo 1536 jamkami, čo umožňuje skríning a testovanie s vysokou kapacitou spracovania vzoriek.
Petriho misky sú zase plytké valcovité misky s vekom, zvyčajne vyrobené zo skla alebo plastu. Poskytujú rovnú plochu na kultiváciu mikroorganizmov.
Špecifická konštrukcia oboch typov nádob na vzorky prináša výzvy, keď sa má sonikácia použiť ako krok spracovania. So sonikátorom platničiek UIP400MTP ponúka Hielscher výkonný sonikátor, ktorý dokáže spracovať akékoľvek štandardné viacjamkové platničky, mikroplatničky a Petriho misky.
Zistite viac o UIP400MTP ako výkonnom sonikátore na prípravu vzoriek v 96-jamkových platničkách a Petriho miskách!
Nasledujúca tabuľka poskytuje prehľad našich sondových a bezkontaktných ultrazvukových prístrojov na bežné laboratórne aplikácie:
| Odporúčané zariadenia | Objem dávky | Prietok |
|---|---|---|
| Sonikátor UIP400MTP pre 96-jamkové platničky | viacjamkové / mikrotitračné platničky | n.a. |
| Ultrazvukový CupHorn | CupHorn pre liekovky alebo kadičku | n.a. |
| GDmini2 | ultrazvukový mikroprietokový reaktor | n.a. |
| VialTweeter | 0,5 až 1,5mL | n.a. |
| UP100H | 1 až 500mL | 10 až 200mL/min |
| UP200Ht, UP200St | 10 až 1000mL | 20 až 200mL/min |
| UP400St | 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min |
| UIP500hdT | 100 až 5000mL | 0,1 až 4L/min |
| Ultrazvukový preosievač | n.a. | n.a. |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Často kladené otázky
Ako používať laboratórny sonikátor?
Laboratórny sonikátor je prístroj, ktorý pôsobením ultrazvukovej energie uvádza častice vo vzorke do pohybu, často na účely homogenizácie, emulgácie, dispergovania nanočastíc alebo narúšania buniek. Pri používaní laboratórneho sonikátora musíte najprv pripraviť vzorku vo vhodnej nádobe. Ak používate sondový sonikátor, ponorte sondu do vzorky a dbajte na to, aby sa nedotýkala stien ani dna nádoby. Upravte nastavenia sonikátora, ako sú amplitúda, frekvencia impulzov a trvanie, podľa špecifických požiadaviek vašej aplikácie. Pri bezkontaktnom sonikátore umiestnite nádobu so vzorkou do držiaka podľa pokynov v návode tak, aby sa ultrazvukové vlny prenášali optimálnym spôsobom. Zapnite sonikátor a sledujte proces, pričom podľa potreby upravujte parametre, aby ste dosiahli požadovaný účinok. Vždy používajte vhodné ochranné prostriedky, napríklad chrániče sluchu.
Aké sú možnosti využitia sonikátorov v laboratóriách?
Sonikácia má početné využitia v laboratóriách v rôznych odboroch. Bežne sa používa na rozrušovanie a lýzu buniek, čo umožňuje extrakciu vnútrobunkových zložiek, ako sú DNA, RNA a proteíny. Používa sa aj pri príprave emulzií a disperzií, pričom zlepšuje miešanie nemiešateľných kvapalín alebo distribúciu nanočastíc v médiu. Sonikátory sú cenné pri syntéze nanočastíc, pretože pomáhajú zmenšovať veľkosť častíc a predchádzať aglomerácii. Okrem toho sa sonikácia používa na odplyňovanie kvapalín, pri ktorom sa odstraňujú rozpustené plyny, ktoré môžu narúšať niektoré analytické techniky.
Prečítajte si viac o tom, ako môže sonikácia zlepšiť lýzu buniek pomocou lyzozýmu!
Aký je rozdiel medzi sondovým sonikátorom a ultrazvukovým kúpeľom?
Hlavný rozdiel medzi sondovým sonikátorom a ultrazvukovým kúpeľom spočíva v ich konštrukcii a použití. Sondový sonikátor využíva titánovú sondu, ktorá je v priamom kontakte so vzorkou a dodáva intenzívnu ultrazvukovú energiu do lokalizovanej oblasti. Toto priame pôsobenie je ideálne pre malé až veľké objemy a umožňuje presné riadenie procesu sonikácie. Naproti tomu ultrazvukový kúpeľ prenáša ultrazvukové vlny cez kvapalné médium, v ktorom je umiestnená nádoba so vzorkou. Táto nepriama sonikácia je slabá a nerovnomerná, preto sa bežne používa na čistenie alebo odplyňovanie.
Nepriamu sonikáciu za intenzívnych a rovnomerných podmienok možno dosiahnuť pomocou bezkontaktných sonikátorov, ako sú VialTweeter, sonikátor pre viacjamkové platničky UIP400MTP alebo prietokový reaktor GDmini2. Tieto sonikátory s vysokým výkonom a vysokou kapacitou spracovania vzoriek umožňujú presne riadenú sonikáciu vzoriek, vďaka čomu sú vhodné na výskum a diagnostiku.
Aké sú využitia sonikácie v HPLC?
Ultrazvuková príprava vzoriek zlepšuje analýzu HPLC tým, že využíva akustickú kavitáciu na rozrušenie matríc vzoriek a urýchlenie prenosu analytov do extrakčného rozpúšťadla. Táto technika zlepšuje účinnosť extrakcie, zvyšuje výťažnosť analytov a skracuje čas prípravy vzoriek, čím umožňuje citlivejšiu a reprodukovateľnú chromatografickú analýzu. Prečítajte si viac o ultrazvukovej príprave vzoriek na HPLC!
Vo vysokoúčinnej kvapalinovej chromatografii (HPLC) umožňuje sonikácia modifikáciu a funkcionalizáciu nanočastíc, ako sú mikrosféry oxidu kremičitého alebo oxidu zirkoničitého. Sonikácia je vysoko účinná metóda syntézy častíc oxidu kremičitého so štruktúrou jadro–obal, ktoré sú obzvlášť užitočné pre kolóny HPLC. Prečítajte si viac!
Sonikácia sa okrem toho používa na prípravu vzoriek. Zabezpečuje dôkladné premiešanie a rozpustenie analytov a činidiel, čo je rozhodujúce pre presné a reprodukovateľné chromatografické výsledky. Sonikácia pomáha pri odplyňovaní rozpúšťadiel tým, že odstraňuje rozpustené plyny, ktoré môžu vytvárať bubliny a narúšať prietok a detekciu v systémoch HPLC. Sonikácia sa tiež používa na čistenie komponentov HPLC, ako sú kolóny a časti injektora, čím zabezpečuje účinné odstránenie akýchkoľvek kontaminantov alebo zvyškov.
Ako sa sonikátor používa v biotechnológii a biologických vedách?
V biotechnológii a biologických vedách sú ultrazvukové prístroje nepostrádateľným nástrojom na rôzne aplikácie. Vo veľkej miere sa používajú na lýzu buniek a extrakciu vnútrobunkových materiálov, čo je nevyhnutné pre molekulárnobiologické štúdie zahŕňajúce nukleové kyseliny a proteíny. Sonikácia sa používa na fragmentáciu DNA, RNA a chromatínu na sekvenovanie a ďalšie genetické analýzy, čo umožňuje podrobnejšie skúmanie genetického materiálu. Sonikátory sa navyše používajú pri príprave lipozómov a iných systémov na dodávanie liečiv založených na nanočasticiach, čím zlepšujú účinnosť a cielenie terapeutických látok.
Sonikátor pre viacjamkové platničky UIP400MTP sa používa na miniaturizáciu analytických testov a integráciu do laboratórnej automatizácie – umožňuje tak plynulé pracovné postupy s vysokou kapacitou spracovania vzoriek. Prečítajte si viac o sonikátore pre mikroplatničky UIP400MTP na pracovné postupy s vysokou kapacitou spracovania vzoriek!
Literatúra / Referencie
- Ultrasonic Homogenizers for Efficient Sample Preparation – Hielscher Ultrasonics
- Guidelines for Autoclaving Ultrasonic Sonotrodes and Flow Cells – HielscherUltrasonic
- I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki, I. Arabatzis (2012): Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline TiO2 suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films. Applied Catalysis A: General, Volumes 411–412, 2012. 60-69.
- Jorge S., Pereira K., López-Fernández H., LaFramboise W., Dhir R., Fernández-Lodeiro J., Lodeiro C., Santos H.M., Capelo-Martínez J.L. (2020): Ultrasonic-assisted extraction and digestion of proteins from solid biopsies followed by peptide sequential extraction hyphenated to MALDI-based profiling holds the promise of distinguishing renal oncocytoma from chromophobe renal cell carcinoma. Talanta, 2020.
- Fernandes, Luz; Santos, Hugo; Nunes-Miranda, J.; Lodeiro, Carlos; Capelo, Jose (2011): Ultrasonic Enhanced Applications in Proteomics Workflows: single probe versus multiprobe. Journal of Integrated OMICS 1, 2011.
- Priego-Capote, Feliciano; Castro, María (2004): Analytical uses of ultrasound – I. Sample preparation. TrAC Trends in Analytical Chemistry 23, 2004. 644-653.
- Welna, Maja; Szymczycha-Madeja, Anna; Pohl, Pawel (2011): Quality of the Trace Element Analysis: Sample Preparation Steps. In: Wide Spectra of Quality Control; InTechOpen 2011.
- Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórnych až po priemyselné rozmery.