Ultraljud sönderfall av celler

Ultraljud är ett effektivt sätt att sönderdela cellstrukturer. Därför används sonikatorer i stor utsträckning i laboratorier för att bryta upp celler, extrahera intracellulära molekyler, proteiner och organeller för forskning och analys. I industriell skala används ultraljudssönderfall och lys för att isolera molekyler från cellfabriker eller för att främja nedbrytningen av biomassa.

Vad är ultraljudsdesintegration?

Ultraljudsupplösning, även känd som ultraljudshomogenisering, är en process som använder högintensiva, lågfrekventa ultraljudsvågor för att bryta ner cellväggar och störa molekylära strukturer i ett flytande medium. Denna teknik används ofta i olika vetenskapliga och industriella tillämpningar för flera ändamål:

Cellrubbning: Ultraljudssönderfall används ofta inom cellbiologi och molekylärbiologi för att störa cellmembran, frigöra cellulärt innehåll som proteiner, nukleinsyror och organeller. Detta är användbart för att extrahera intracellulära komponenter för analys eller för att lysera celler i mikrobiologiska och biotekniska processer.

• Homogenisering: Det hjälper till med en enhetlig blandning av komponenter i ett prov, särskilt när man hanterar oblandbara vätskor eller när man försöker uppnå en konsekvent blandning av material.
• Proteinextraktion: Inom biologin, proteomik, livsvetenskapen, är analys av proteiner en mycket vanlig uppgift. Innan proteiner kan analyseras i analyser måste de extraheras från cellens inre och isoleras. Sonikatorer är den mest använda metoden för proteinextraktion.
• DNA-fragmentering: DNA och RNA är olika typer av nukleinsyror som lagrar och kodar för genetisk information i celler. När DNA och RNA analyseras måste de långa strängarna ibland fragmenteras, en process som kan utföras på ett tillförlitligt och effektivt sätt genom ultraljudsbehandling.
• Förberedelse av prover: Inom forskning och analys är provberedning en vanlig procedur före olika analystekniker. Ultraljudssönderfall kan hjälpa till att lösa upp eller dispergera prover, vilket kan förbättra noggrannheten och reproducerbarheten av analyser.

Fördelar med ultraljudsupplösning

Varför använda en sond-typ sond sonicator för sönderfall, cellstörning och extraktion av intracellulära molekyler och proteiner? En sonikator eller ultraljud dismembrator erbjuder många fördelar som gör ultraljudsbehandling till den överlägsna tekniken jämfört med andra sönderdelningsmetoder såsom högtryckshomogenisering, kulfräsning eller mikrofluidisering.

• Icke-termisk: Ultraljudssönderfall är en icke-termisk metod, vilket innebär att den inte är beroende av värme för att bryta ner material. Detta är fördelaktigt för applikationer där höga temperaturer kan bryta ner värmekänsliga prover.
• Exakt och kontrollerad: Processen kan styras med hög precision, vilket möjliggör specifik störning, blandning eller minskning av partikelstorleken.
• Snabb och effektiv: Ultraljud är i allmänhet en snabb och effektiv metod, vilket gör den lämplig för applikationer med hög genomströmning.
• Minskad kemikalieanvändning: I många fall kan ultraljudssönderfall minska behovet av starka kemikalier eller organiska lösningsmedel, vilket kan vara miljövänligt och minska risken för kemisk kontaminering.
• Inga fräsmedier, inga munstycken: Alternativa sönderfallstekniker, t.ex. malning av kulor/strängar eller homogenisatorer med högt tryck, har nackdelar. Malning av kulor/pärlor kräver användning av malmedia (pärlor eller pärlor), som mödosamt måste separeras och rengöras. Högtryckshomogenisatorer har munstycken som är benägna att täppas igen. Däremot är ultraljudshomogenisatorer lätta att använda, mycket tillförlitliga och robusta, och kräver mycket lite underhåll.
• Mångsidighet: Den kan appliceras på ett brett spektrum av material, inklusive bakterier, växtceller, däggdjursvävnad, alger, svampar etc. vilket gör den till en mångsidig teknik inom olika områden.
  Skalbarhet: Ultraljudstekniken kan skalas upp för industriella processer, vilket gör den lämplig för både laboratorie- och storskaliga produktionsapplikationer.

Arbetsprincipen för ultraljudsdesintegration och cellstörning

Ultraljud genererar omväxlande högtrycks- och lågtrycksvågor i den exponerade vätskan. Under lågtryckscykeln skapar ultraljudsvågorna små vakuumbubblor i vätskan som kollapsar våldsamt under en högtryckscykel. Detta fenomen kallas kavitation. Implosionen av kavitationsbubblan orsakar starka hydrodynamiska skjuvkrafter som först orsakar sonoporation och därefter effektiv störning av cellstrukturer. Intracellulära molekyler och organeller frigörs helt i lösningsmedlet.

Ultraljud sönderfall av cellstrukturer

Skjuvkrafterna kan sönderdela fibröst, cellulosahaltigt material till fina partiklar och bryta väggarna i cellstrukturen. Detta frigör mer av det intracellulära materialet, såsom stärkelse eller socker, i vätskan. Dessutom bryts cellväggsmaterialet ner till små skräp.

Denna effekt kan användas för jäsning, nedbrytning och andra omvandlingsprocesser av organiskt material. Efter malning och malning gör ultraljud mer av det intracellulära materialet, t.ex. stärkelse, samt cellväggsskräp tillgängligt för de enzymer som omvandlar stärkelse till sockerarter. Det ökar också ytan som utsätts för enzymerna under förvätskning eller försockring. Detta ökar vanligtvis hastigheten och utbytet av jästjäsning och andra omvandlingsprocesser, t.ex. för att öka etanolproduktionen från biomassa.

Använd ultraljudsdesintegration – Tillförlitligt och effektivt i alla skalor

Hielscher sonikatorer finns med olika effektklasser och bearbetningskapacitet. Oavsett om du vill sonikera små biologiska prover från några mikroliter till några liter eller behöver bearbeta stora cell- eller biomassaströmmar för produktion, kommer Hielscher Ultrasonics att erbjuda dig den mest lämpliga ultraljudsdismembrator för din biologiska tillämpning.

• labbvåg för 1 ml till ca 5 l, t.ex. UP400St med 22mm sonotrode
• bänkvåg på ca 0,1 till 20 l/min, t.ex. UIP1000hdT med 34mm sonotrode och flowcell
• produktionsvåg från 20 l/min, t.ex. UIP4000hdT eller UIP16000hdT

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten för våra ultraljudsapparater i labbstorlek:

Använd formuläret nedan om du vill få mer information om användningen av ultraljudsapparater för sönderdelning av celler. Vi hjälper dig gärna.

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra industriella ultraljudsapparater:

Litteratur / Referenser