Obvladovanje laboratorijskih nalog z ultrazvočnim homogenizatorjem
Sonikatorji so nepogrešljive laboratorijske naprave za številne uporabe, kot so homogenizacija in mešanje, ekstrakcija, dispergiranje, emulgiranje, raztapljanje, razgradnja celic, fragmentacija DNA in sonokemijske reakcije. Za opravljanje teh običajnih nalog pri vsakodnevnem laboratorijskem delu se praviloma uporabljajo sonikatorji s sondo. Pri laboratorijskih vzorcih, pri katerih sta navzkrižna kontaminacija ali izguba vzorca omejujoča dejavnika, so brezkontaktni sonikatorji Hielscher prednostna rešitev za ultrazvočno pripravo vzorcev.
Sonikatorji s sondo in brezkontaktni sonikatorji
Sonikator s sondo v medij vnaša intenzivne ultrazvočne valove – osredotočene na konici sonotrode ali sonde. Uporaba odprte ali zaprte posode omogoča preprosto, a zanesljivo ultrazvočno obdelavo tekočih medijev. Namestitev sonotrode na pretočno celico omogoča neprekinjeno sonikacijo toka tekočine. Takšna pretočna konfiguracija je dovršen način ultrazvočne obdelave večjih prostornin ali viskoznih tekočin in past.
Z brezkontaktnimi sonikatorji, kot so VialTweeter, sonikator za plošče z več vdolbinicami UIP400MTP, CupHorn in pretočni reaktor GDmini2, je mogoče vzorce obdelovati brez dotika oziroma brez stika – s čimer se preprečujeta navzkrižna kontaminacija in izguba vzorca. Druga prednost brezkontaktnih sonikatorjev Hielscher je visoka zmogljivost obdelave vzorcev pri njihovi pripravi.

Sonikacija je postopek dovajanja močnostnega ultrazvoka prek ultrazvočne sonde za vzbujanje gibanja in manipulacijo delcev v vzorcu. Ultrazvočne naprave se pogosto uporabljajo v akademskih raziskavah, analitičnih in forenzičnih laboratorijih, kliničnih ustanovah in proizvodnih obratih, kjer se sonikacija uporablja za homogenizacijo in mešanje suspenzij tekočina–tekočina ali tekočina–trdna snov, ekstrakcijo bioaktivnih snovi in celičnih spojin, razgradnjo celic, bakterij in tkiva, raztapljanje praškov, odstranjevanje biofilmov ali sprožanje kemijskih reakcij.
Ker je področje uporabe sonikatorjev tako široko, so sonikatorji pogosto poimenovani glede na svojo specifično nalogo. Zato lahko ultrazvočne naprave najdete pod različnimi poimenovanji, kot so:
- Ultrazvočni homogenizator:
Ultrazvočni homogenizatorji se uporabljajo za mešanje in združevanje dveh ali več faz v enotno suspenzijo. Sonikatorji s sondo so zmogljiva alternativa visokotlačnim homogenizatorjem, mešalnikom z rezili in mikrofluidizatorjem ter se odlikujejo z izjemno sposobnostjo priprave nanodisperzij in nanoemulzij. - Ultrazvočni dispergator:
Ultrazvočni dispergatorji uporabljajo visokofrekvenčne zvočne valove za zmanjševanje velikosti delcev in njihovo enakomerno porazdelitev v tekočini. Ta postopek je še posebej uporaben za pripravo stabilnih suspenzij trdnih delcev v tekočinah, na primer za dispergiranje pigmentov v črnilih ali delcev v goščah. - Ultrazvočni emulgator:
Ultrazvočni emulgatorji uporabljajo ultrazvočne valove za pripravo finih emulzij z mešanjem dveh medsebojno nemešljivih tekočin, kot sta olje in voda. Zvočni valovi visoke intenzivnosti ustvarjajo kavitacijske mehurčke, ki implodirajo in pri tem ustvarjajo intenzivne strižne sile, ki razbijajo kapljice ter tvorijo emulzije s kapljicami nanometrskih velikosti, zaradi česar so te stabilne in enotne. - Ultrazvočni razgrajevalnik celic:
Te naprave, znane tudi kot ultrazvočni dezintegratorji celic ali naprave za lizo, uporabljajo ultrazvočno energijo za razgradnjo celičnih membran in sproščanje znotrajcelične vsebine. Ta postopek je bistven pri bioloških in biokemijskih uporabah za ekstrakcijo beljakovin, DNA in drugih celičnih sestavin. - Ultrazvočni ekstraktor:
Ultrazvočni ekstraktorji uporabljajo ultrazvočne valove za razgradnjo rastlinskega materiala, s čimer izboljšajo ekstrakcijo bioaktivnih spojin, kot so eterična olja, flavonoidi ali druge fitokemikalije. Kavitacijski učinek izboljša prodiranje topila in prenos snovi, kar omogoča učinkovitejšo ekstrakcijo. - Ultrazvočni raztapljalnik:
Ultrazvočni raztapljalniki uporabljajo ultrazvočno energijo za hitro in učinkovito raztapljanje trdnih snovi v tekočinah. To je uporabno za pripravo raztopin ali suspenzij, v katerih mora biti topljenec enakomerno in hitro dispergiran, na primer v farmacevtskih izdelkih ali kemijskih formulacijah. - Ultrazvočni mešalnik:
Ultrazvočni mešalniki uporabljajo ultrazvočne valove visoke intenzivnosti za mešanje tekočin in gošč ter zagotavljajo enotno sestavo. Ta postopek mešanja je primeren za širok razpon viskoznosti in je še posebej učinkovit pri homogenizaciji izdelkov, ki jih je težko mešati s konvencionalnimi metodami, kot so cementne paste ali koncentrirane predmešanice z visoko vsebnostjo trdnih snovi. - Ultrazvočna naprava za mešanje:
Ultrazvočne naprave za mešanje uporabljajo ultrazvočno energijo za mešanje ali vzbujanje gibanja tekočin, s čimer spodbujajo enakomerno mešanje in preprečujejo sedimentacijo. Ta metoda je uporabna v različnih industrijskih panogah za ohranjanje enotnosti raztopin, suspenzij ali disperzij skozi čas.
Sonikacija plošč z več vdolbinicami in petrijevk
Plošče z več vdolbinicami in petrijevke so običajne laboratorijske posode. Plošče z več vdolbinicami, znane tudi kot mikroplošče ali plošče z mikrovdolbinicami, so ravne plošče z več »vdolbinicami«, ki se uporabljajo kot majhne epruvete. Na voljo so v različnih konfiguracijah, običajno s 6, 12, 24, 48, 96, 384 ali 1536 vdolbinicami, kar omogoča presejanje in testiranje z visoko zmogljivostjo obdelave vzorcev.
Petrijevke pa so plitve valjaste posode s pokrovom, običajno izdelane iz stekla ali plastike. Zagotavljajo ravno površino za gojenje mikroorganizmov.
Posebna zasnova obeh vrst posod za vzorce predstavlja izziv, kadar je treba sonikacijo uporabiti kot korak obdelave. Hielscher s sonikatorjem za plošče UIP400MTP ponuja zmogljiv sonikator, ki lahko obdeluje vse standardne plošče z več vdolbinicami, mikroplošče in petrijevke.
Izvedite več o UIP400MTP kot zmogljivem sonikatorju za pripravo vzorcev v ploščah s 96 vdolbinicami in petrijevkah!
Spodnja preglednica prikazuje pregled naših ultrazvočnih naprav s sondo in brezkontaktnih ultrazvočnih naprav za običajne laboratorijske uporabe:
| Priporočene naprave | Prostornina šarže | Pretok |
|---|---|---|
| Sonikator za plošče s 96 vdolbinicami UIP400MTP | plošče z več vdolbinicami / mikrotitrske plošče | n.a. |
| Ultrazvočni CupHorn | CupHorn za viale ali čašo | n.a. |
| GDmini2 | ultrazvočni mikropretočni reaktor | n.a. |
| VialTweeter | 0,5 do 1,5mL | n.a. |
| UP100H | 1 do 500mL | 10 do 200mL/min |
| UP200Ht, UP200St | 10 do 1000mL | 20 do 200mL/min |
| UP400St | 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min |
| UIP500hdT | 100 do 5000mL | 0,1 do 4L/min |
| Ultrazvočni stresalnik sit | n.a. | n.a. |
Stopite v stik z nami! / Vprašajte nas!
Pogosta vprašanja
Kako uporabljati laboratorijski sonikator?
Laboratorijski sonikator je naprava, ki dovaja ultrazvočno energijo za vzbujanje gibanja delcev v vzorcu, pogosto za homogenizacijo, emulgiranje, dispergiranje nanodelcev ali razgradnjo celic. Za uporabo laboratorijskega sonikatorja morate najprej pripraviti vzorec v ustrezni posodi. Če uporabljate sonikator s sondo, potopite sondo v vzorec in pazite, da se ne dotika sten ali dna posode. Nastavitve sonikatorja, kot so amplituda, frekvenca impulzov in trajanje, prilagodite specifičnim zahtevam svoje uporabe. Pri brezkontaktnem sonikatorju namestite posodo z vzorcem v držalo v skladu z navodili v priročniku, tako da se ultrazvočni valovi prenašajo optimalno. Vklopite sonikator in spremljajte postopek ter po potrebi prilagajajte parametre, da dosežete želeni učinek. Vedno uporabljajte ustrezno zaščitno opremo, na primer zaščito sluha.
Za kaj se sonikatorji uporabljajo v laboratorijih?
Sonikacija ima številne uporabe v laboratorijih na različnih področjih. Pogosto se uporablja za razgradnjo in lizo celic, kar omogoča ekstrakcijo znotrajceličnih sestavin, kot so DNA, RNA in beljakovine. Uporablja se tudi za pripravo emulzij in disperzij, pri čemer izboljša mešanje medsebojno nemešljivih tekočin ali porazdelitev nanodelcev v mediju. Sonikatorji so dragoceni pri sintezi nanodelcev, saj pomagajo zmanjševati velikost delcev in preprečevati aglomeracijo. Poleg tega se sonikacija uporablja za razplinjevanje tekočin, pri čemer odstranjuje raztopljene pline, ki lahko motijo nekatere analitične tehnike.
Preberite več o tem, kako lahko sonikacija izboljša lizo celic z lizocimom!
Kakšna je razlika med sonikatorjem s sondo in ultrazvočno kopeljo?
Glavna razlika med sonikatorjem s sondo in ultrazvočno kopeljo je v njuni zasnovi in uporabi. Sonikator s sondo uporablja titanovo sondo, ki je v neposrednem stiku z vzorcem in dovaja intenzivno ultrazvočno energijo na omejeno območje. Takšno neposredno dovajanje je idealno za majhne do velike prostornine in omogoča natančen nadzor nad postopkom sonikacije. Ultrazvočna kopel pa prenaša ultrazvočne valove skozi tekoči medij, v katerega je postavljena posoda z vzorcem. Ta posredna sonikacija je šibka in neenakomerna, zato se običajno uporablja za čiščenje ali razplinjevanje.
Posredno sonikacijo v intenzivnih in enakomernih pogojih je mogoče doseči z brezkontaktnimi sonikatorji, kot so VialTweeter, sonikator za plošče z več vdolbinicami UIP400MTP ali pretočni reaktor GDmini2. Ti sonikatorji z visoko močjo in visoko zmogljivostjo obdelave vzorcev omogočajo natančno nadzorovano sonikacijo vzorcev, zaradi česar so primerni za raziskave in diagnostiko.
Za kaj se sonikacija uporablja pri HPLC?
Ultrazvočna priprava vzorcev izboljšuje analizo HPLC z uporabo akustične kavitacije za razgradnjo matric vzorcev in pospešitev prenosa analitov v ekstrakcijsko topilo. Ta tehnika izboljša učinkovitost ekstrakcije, poveča izkoristek analitov in skrajša čas priprave vzorcev, kar omogoča občutljivejšo in bolj ponovljivo kromatografsko analizo. Preberite več o ultrazvočni pripravi vzorcev za HPLC!
Pri tekočinski kromatografiji visoke ločljivosti (HPLC) sonikacija omogoča modifikacijo in funkcionalizacijo nanodelcev, kot so mikrosfere silicijevega dioksida ali cirkonijevega dioksida. Ultrazvočna obdelava je zelo učinkovita metoda za sintezo delcev silicijevega dioksida z jedrom in lupino, ki so še posebej uporabni za kolone HPLC. Preberite več!
Poleg tega se sonikacija uporablja za pripravo vzorcev. Zagotavlja temeljito mešanje in raztapljanje analitov in reagentov, kar je ključno za natančne in ponovljive kromatografske rezultate. Sonikacija pomaga pri razplinjevanju topil, pri čemer odstranjuje raztopljene pline, ki lahko tvorijo mehurčke ter motijo pretok in detekcijo v sistemih HPLC. Poleg tega se sonikacija uporablja za čiščenje sestavnih delov HPLC, kot so kolone in deli injektorjev, ter zagotavlja učinkovito odstranjevanje vseh onesnaževal ali ostankov.
Kako se sonikator uporablja v biotehnologiji in vedah o življenju?
V biotehnologiji in vedah o življenju so ultrazvočne naprave nepogrešljivo orodje za različne uporabe. Obsežno se uporabljajo za lizo celic in ekstrakcijo znotrajceličnih snovi, kar je bistveno za molekularnobiološke raziskave nukleinskih kislin in beljakovin. Sonikacija se uporablja za fragmentacijo DNA, RNA in kromatina za sekvenciranje in druge genetske analize, kar omogoča preučevanje genskega materiala na podrobnejši ravni. Poleg tega se sonikatorji uporabljajo za pripravo liposomov in drugih sistemov za dostavo zdravil na osnovi nanodelcev, s čimer izboljšujejo učinkovitost in ciljno dostavo terapevtskih učinkovin.
Sonikator za plošče z več vdolbinicami UIP400MTP se uporablja za miniaturizacijo analiz in vključevanje v laboratorijsko avtomatizacijo – kar omogoča nemotene delovne postopke z visoko zmogljivostjo obdelave vzorcev. Preberite več o sonikatorju za mikroplošče UIP400MTP za delovne postopke z visoko zmogljivostjo obdelave vzorcev!
Literatura / Viri
- 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 izdeluje visoko zmogljive ultrazvočne homogenizatorje od laboratorijskih do industrijskih velikosti.

