Ultrazvočna razgradnja celic

Ultrasonication je učinkovito sredstvo za razgradnjo celičnih struktur. Zato se sonikatorji pogosto uporabljajo v laboratorijih za razbijanje odprtih celic, pridobivanje znotrajceličnih molekul, beljakovin in organelov za raziskave in analize. V industrijskem merilu se ultrazvočna razgradnja in liza uporablja za izolacijo molekul iz celičnih tovarn ali za spodbujanje prebave biomase.

Kaj je ultrazvočna dezintegracija?

Ultrazvočna dezintegracija, znana tudi kot ultrazvočna homogenizacija, je proces, ki uporablja visoko intenzivne, nizkofrekvenčne ultrazvočne valove za razgradnjo celičnih sten in motnje molekularnih struktur v tekočem mediju. Ta tehnika se pogosto uporablja v različnih znanstvenih in industrijskih aplikacijah za več namenov:

Motnje celic: Ultrazvočna razgradnja se pogosto uporablja v celični biologiji in molekularni biologiji za motnje celičnih membran in sproščanje celične vsebine, kot so beljakovine, nukleinske kisline in organele. To je uporabno za ekstrakcijo znotrajceličnih komponent za analizo ali za lizo celic v mikrobioloških in biotehnoloških procesih.

• Homogenizacijo: Pomaga pri enakomernem mešanju komponent v vzorcu, zlasti pri ravnanju s tekočinami, ki se ne mešajo, ali pri poskusu doseganja dosledne mešanice materialov.
• Ekstrakcija beljakovin: V biologiji, proteomiki, znanosti o življenju, je analiza beljakovin zelo pogosta naloga. Preden se beljakovine lahko analizirajo v testih, jih je treba ekstrahirati iz notranjosti celice in izolirati. Sonicatorji so najbolj razširjena metoda za ekstrakcijo beljakovin.
• Fragmentacija DNK: DNA in RNA sta različni vrsti nukleinskih kislin, ki shranjujejo in kodirajo genetske informacije v celicah. Ko analiziramo DNK in RNA, morajo biti dolge verige včasih razdrobljene, proces, ki ga je mogoče zanesljivo in učinkovito opraviti z ultrazvočnim razbijanjem.
• Priprava vzorca: Pri raziskavah in analizah je priprava vzorcev pogost postopek pred različnimi analitskimi tehnikami. Ultrazvočna razgradnja lahko pomaga raztopiti ali razpršiti vzorce, kar lahko izboljša natančnost in ponovljivost analiz.

Prednosti ultrazvočnega razpadanja

Zakaj uporabljati sondni zvočnik za razpad, motnje celic in ekstrakcijo znotrajceličnih molekul in beljakovin? Sonikator ali ultrazvočni dismembrator ponuja številne prednosti, zaradi katerih je ultrazvočna obdelava vrhunska tehnologija v primerjavi z drugimi metodami razpadanja, kot so visokotlačna homogenizacija, kroglično mletje ali mikrofluidizacija.

• Netoplotni: Ultrazvočna razgradnja je netoplotna metoda, kar pomeni, da se ne zanaša na toploto za razgradnjo materialov. To je koristno za aplikacije, kjer bi visoke temperature lahko razgradile vzorce, občutljive na toploto.
• Natančno in nadzorovano: Postopek je mogoče nadzorovati z visoko natančnostjo, kar omogoča specifične motnje, mešanje ali zmanjšanje velikosti delcev.
• Hiter in učinkovit: Ultrasonication je na splošno hitra in učinkovita metoda, zaradi česar je primerna za visoko zmogljive aplikacije.
• Zmanjšana uporaba kemikalij: V mnogih primerih lahko ultrazvočni razpad zmanjša potrebo po ostrih kemikalijah ali organskih topilih, ki so lahko okolju prijazna in zmanjšajo tveganje kemične kontaminacije.
• Brez rezkalnega medija, brez šob: Alternativne tehnike razpadanja, kot so mletje kroglic / kroglic ali visokotlačni homogenizatorji, imajo slabosti. Za rezkanje kroglic / kroglic je potrebna uporaba rezkalnih medijev (kroglic ali biserov), ki jih je treba skrbno ločiti in očistiti. Visokotlačni homogenizatorji imajo šobe, ki so nagnjene k zamašitvi. V nasprotju s tem so ultrazvočni homogenizatorji enostavni za uporabo, zelo zanesljivi in robustni, zahtevajo zelo malo vzdrževanja.
• Vsestranskost: Uporablja se lahko za široko paleto materialov, vključno z bakterijami, rastlinskimi celicami, tkivom sesalcev, algami, glivami itd., zaradi česar je vsestranska tehnika na različnih področjih.
  Razširljivost: Ultrazvočna tehnika se lahko poveča za industrijske procese, zaradi česar je primerna za laboratorijske in obsežne proizvodne aplikacije.

Načelo delovanja ultrazvočnega razpadanja in motenj celic

Ultrasonication ustvarja izmenične visokotlačne in nizkotlačne valove v izpostavljeni tekočini. Med nizkotlačnim ciklom ultrazvočni valovi ustvarjajo majhne vakuumske mehurčke v tekočini, ki se med visokotlačnim ciklom nasilno zrušijo. Ta pojav se imenuje kavitacija. Implozija kavitacijskega mehurčka povzroča močne hidrodinamične strižne sile, ki povzročijo prvo sonoporacijo in nato učinkovito motnjo celičnih struktur. Znotrajcelične molekule in organele se popolnoma sprostijo v topilu.

Ultrazvočni razpad celičnih struktur

Strižne sile lahko razpadejo vlaknasti, celulozni material v drobne delce in razbijejo stene celične strukture. To sprosti več znotrajceličnega materiala, kot je škrob ali sladkor v tekočino. Poleg tega se material celične stene razbije na majhne odpadke.

Ta učinek se lahko uporablja za fermentacijo, prebavo in druge procese pretvorbe organskih snovi. Po mletju in mletju ultrazvočna obdelava naredi več znotrajceličnega materiala, npr. škroba, kot tudi ostankov celične stene, ki so na voljo encimom, ki pretvarjajo škrob v sladkorje. Prav tako poveča površino, ki je izpostavljena encimom med utekočinjenjem ali saharifikacijo. To običajno poveča hitrost in donos fermentacije kvasa in drugih procesov pretvorbe, npr. za povečanje proizvodnje etanola iz biomase.

Uporabite ultrazvočno dezintegracijo – Zanesljivo in učinkovito v vseh merilih

Hielscher sonicatorji so na voljo z različnimi nazivnimi močmi in zmogljivostmi obdelave. Ne glede na to, ali želite sonikirati majhne biološke vzorce od nekaj mikrolitrov do nekaj litrov ali morate obdelati velike celične ali biomasne tokove za proizvodnjo, vam bo Hielscher Ultrasonics ponudil najprimernejši ultrazvočni dismembrator za vašo biološko uporabo.

• laboratorijska lestvica od 1 ml do približno 5 l, npr. UP400St z 22 mm sonotrodo
• Lestvica na klopi pri približno 0,1 do 20 l/min, npr. UIP1000hdT s 34-milimetrsko sonotrodo in pretočno celico
• obseg proizvodnje, ki se začne pri 20 l/min, npr. UIP4000hdT ali UIP16000hdT

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših ultrazvočnih aparatov v laboratoriju:

Prosimo, uporabite spodnji obrazec, če želite prejeti več informacij o uporabi ultrazvočnih naprav za razpad celic. Z veseljem vam bomo pomagali.

Spodnja tabela vam prikazuje približno zmogljivost obdelave naših industrijskih ultrazvočnih aparatov:

Literatura / Reference