Ултразвучна дезинтеграција ћелија

Ултразвучна обрада је ефикасно средство за дезинтеграцију ћелијских структура. Зато се соникатори широко користе у лабораторијама за разарање ћелија и екстракцију унутарћелијских молекула, протеина и органела ради истраживања и анализе. На индустријском нивоу, ултразвучна дезинтеграција и лиза користе се за изоловање молекула из ћелијских фабрика или за подстицање дигестије биомасе.

Шта је ултразвучна дезинтеграција?

Ултразвучна дезинтеграција, позната и као ултразвучна хомогенизација, јесте поступак у којем се ултразвучни таласи високог интензитета и ниске фреквенције користе за разарање ћелијских зидова и нарушавање молекулских структура у течној средини. Ова техника се уобичајено користи у различитим научним и индустријским применама за више намена:

Разарање ћелија: Ултразвучна дезинтеграција се широко користи у ћелијској и молекуларној биологији за разарање ћелијских мембрана, чиме се ослобађа ћелијски садржај, попут протеина, нуклеинских киселина и органела. Ово је корисно за екстракцију унутарћелијских компоненти ради анализе или за лизу ћелија у микробиолошким и биотехнолошким процесима.

• Хомогенизација: Помаже у равномерном мешању компоненти у узорку, нарочито када се ради са течностима које се међусобно не мешају или када се настоји постићи уједначена мешавина материјала.
• Екстракција протеина: У биологији, протеомици и наукама о животу, анализа протеина је веома чест задатак. Пре него што се протеини могу анализирати у аналитичким тестовима, морају се екстраховати из унутрашњости ћелије и изоловати. Употреба соникатора је најраспрострањенија метода за екстракцију протеина.
• Фрагментација ДНК: ДНК и РНК су различите врсте нуклеинских киселина које чувају и кодирају генетичке информације у ћелијама. При анализи ДНК и РНК, дуги ланци се понекад морају фрагментисати, што се може поуздано и ефикасно обавити соникацијом.
• Припрема узорака: У истраживању и анализи, припрема узорака је уобичајен поступак пре примене различитих аналитичких техника. Ултразвучна дезинтеграција може помоћи у растварању или дисперговању узорака, што може побољшати тачност и поновљивост анализа.

Предности ултразвучне дезинтеграције

Зашто користити соникатор са сондом за дезинтеграцију, разарање ћелија и екстракцију унутарћелијских молекула и протеина? Соникатор или ултразвучни дезинтегратор нуди бројне предности које соникацију чине супериорном технологијом у поређењу са другим методама дезинтеграције, као што су хомогенизација под високим притиском, млевење у кугличном млину или микрофлуидизација.

• Нетермички поступак: Ултразвучна дезинтеграција је нетермичка метода, што значи да се не ослања на топлоту за разлагање материјала. То је предност у применама у којима би високе температуре могле да разграде узорке осетљиве на топлоту.
• Прецизност и контрола: Процес се може контролисати са високом прецизношћу, што омогућава циљано разарање, мешање или смањење величине честица.
• Брзина и ефикасност: Ултразвучна обрада је углавном брза и ефикасна метода, што је чини погодном за примене са великим капацитетом обраде узорака.
• Смањена употреба хемикалија: У многим случајевима, ултразвучна дезинтеграција може смањити потребу за агресивним хемикалијама или органским растварачима, што може бити повољно за животну средину и смањити ризик од хемијске контаминације.
• Без средстава за млевење, без млазница: Алтернативне технике дезинтеграције, као што су млевење у млиновима са куглама или куглицама и употреба хомогенизатора под високим притиском, имају недостатке. Млевење у млиновима са куглама или куглицама захтева употребу средстава за млевење (куглица или перли), чије је одвајање и чишћење захтевно. Хомогенизатори под високим притиском имају млазнице склоне зачепљењу. Насупрот томе, ултразвучни хомогенизатори су једноставни за употребу, веома поуздани и робусни, а захтевају врло мало одржавања.
• Свестраност: Може се применити на широк спектар материјала, укључујући бактерије, биљне ћелије, ткиво сисара, алге, гљиве итд., што је чини свестраном техником у различитим областима.
  Могућност повећања обима: Обим примене ултразвучне технике може се повећати за индустријске процесе, што је чини погодном и за лабораторијску примену и за производњу великог обима.

Принцип рада ултразвучне дезинтеграције и разарања ћелија

Ултразвучна обрада ствара наизменичне таласе високог и ниског притиска у течности изложеној ултразвуку. Током циклуса ниског притиска, ултразвучни таласи стварају мале вакуумске мехуриће у течности који нагло колабирају током циклуса високог притиска. Ова појава назива се кавитација. Имплозија кавитационог мехурића ствара снажне хидродинамичке силе смицања које најпре изазивају сонопорацију, а затим ефикасно разарање ћелијских структура. Унутарћелијски молекули и органеле потпуно се ослобађају у растварач.

Ултразвучна дезинтеграција ћелијских структура

Силе смицања могу да дезинтегришу влакнасти, целулозни материјал у ситне честице и разоре зидове ћелијске структуре. Тиме се у течност ослобађа више унутарћелијског материјала, попут скроба или шећера. Осим тога, материјал ћелијског зида разлаже се на ситне фрагменте.

Овај ефекат се може користити за ферментацију, дигестију и друге процесе конверзије органске материје. Након млевења и уситњавања, ултразвучна обрада чини већу количину унутарћелијског материјала, нпр. скроба, као и фрагменте ћелијског зида, доступним ензимима који претварају скроб у шећере. Такође повећава површину изложену ензимима током ликвефакције или сахарификације. То обично повећава брзину и принос ферментације квасцем и других процеса конверзије, нпр. ради повећања производње етанола из биомасе.

Користите ултразвучну дезинтеграцију – поуздано и ефикасно у сваком обиму

Hielscher соникатори су доступни са различитим називним снагама и капацитетима обраде. Без обзира на то да ли желите да соницирате мале биолошке узорке од неколико микролитара до неколико литара или треба да обрађујете велике токове ћелија или биомасе за производњу, Hielscher Ultrasonics ће вам понудити најпогоднији ултразвучни дезинтегратор за вашу биолошку примену.

• лабораторијски обим за 1mL до приближно 5L, нпр. UP400St са сонотродом од 22mm
• стони уређаји при приближно 0,1 до 20L/min, нпр. UIP1000hdT са сонотродом од 34mm и проточном ћелијом
• производни обим почев од 20L/min, нпр. UIP4000hdT или UIP16000hdT

Табела испод даје преглед приближног капацитета обраде наших лабораторијских ултразвучних уређаја:

Користите образац испод ако желите да добијете више информација о употреби ултразвучних уређаја за дезинтеграцију ћелија. Радо ћемо вам помоћи.

Табела испод даје преглед приближног капацитета обраде наших индустријских ултразвучних уређаја:

Литература / Референце

• 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.