Ultraljud är ett effektivt sätt att sönderdela cellstrukturer. Därför används ultraljudsapparater ofta i laboratorier för att bryta öppna celler, extrahera intracellulära molekyler, proteiner och organeller för forskning och analys. I industriell skala används ultraljud sönderfall och lys för att isolera molekyler från cellfabriker eller för att främja matsmältningen av biomassa.

Vad är ultraljud sönderdelning?

Ultraljud sönderdelning, även känd som ultraljud homogenisering, 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:

Cellstörning: Ultraljud sönderfall används ofta i cellbiologi och molekylärbiologi för att störa cellmembran, frigöra cellulärt innehåll såsom proteiner, nukleinsyror, och organeller. Detta är användbart för att extrahera intracellulära komponenter för analys eller för lysering av celler i mikrobiologiska och biotekniska processer.

• Homogenisering: Det hjälper till med 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 biologi, proteomik, life science, är analys av proteiner en mycket vanlig uppgift. Innan proteiner kan analyseras i analyser måste de extraheras från cellens inre och isoleras. Sonicators är den mest använda metoden för proteinutvinning.
• 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 på ett tillförlitligt och effektivt sätt kan göras genom ultraljudsbehandling.
• Provberedning: I forskning och analys är provberedning ett vanligt förfarande före olika analystekniker. Ultraljud sönderfall kan bidra till att lösa upp eller sprida prover, vilket kan förbättra noggrannheten och reproducerbarheten av analyser.

Fördelar med ultraljud sönderdelning

Varför använda en sond-typ sonicator för sönderdelning, cell störningar och utvinning av intracellulära molekyler och proteiner? En ultraljudsbehandling eller ultraljud dismembrator erbjuder många fördelar som gör ultraljudsbehandling överlägsen teknik jämfört med andra sönderfallsmetoder såsom högtryckshomogenisering, kulfräsning eller mikrofluidisering.

• Icke-termisk: Ultraljud sönderdelning 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 försämra värmekänsliga prover.
• Exakt och kontrollerad: Processen kan styras med hög precision, vilket möjliggör specifik störning, blandning eller minskning av partikelstorlek.
• Snabbt och effektivt: Ultraljud är i allmänhet en snabb och effektiv metod, vilket gör den lämplig för applikationer med hög genomströmning.
• Minskad kemikalieanvändning: I många fall kan ultraljud sönderdelning minska behovet av hårda kemikalier eller organiska lösningsmedel, vilket kan vara miljövänligt och minska risken för kemisk förorening.
• Inga fräsmedier, inga munstycken: Alternativa sönderdelningstekniker, såsom kul- / pärlfräsning eller högtryckshomogenisatorer, har nackdelar. Kul- / pärlfräsning kräver användning av fräsmedel (pärlor eller pärlor), som måste separeras och rengöras mödosamt. Högtryckshomogenisatorer har munstycken som är benägna att täppa till. Däremot är ultraljud homogenisatorer lätta att använda, mycket tillförlitliga och robusta, 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 ultraljud sönderdelning och cell störningar

Ultraljud genererar alternerande 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 orsakar först sonoporation och efterföljande effektiv störning av cellstrukturer. Intracellulära molekyler och organeller frigörs fullständigt i lösningsmedlet.

Ultraljuds Disintegration av cellstrukturer

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

Denna effekt kan användas för jäsning, mat smältning och andra omvandlings processer av organiskt material. Efter fräsning och slipning, gör ultraljud mer av det intracellulära materialet e.g. stärkelse samt cell väggen skräp tillgängliga för de enzymer som omvandlar stärkelse till socker. Det ökar också ytan utsätts för enzymer under kondensering eller saccharification. Detta ökar vanligt vis hastigheten och avkastningen av jäst jäsning och andra omvandlings processer, till exempel för att öka etanol produktionen från bio massa.

Använd ultraljud sönderfall – Tillförlitligt och effektivt i alla skalor

Hielscher sonicators finns med olika effekt betyg 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, Hielscher Ultrasonics kommer att erbjuda dig den mest lämpliga ultraljud dismembrator för din biologiska tillämpning.

• laboratorie skala för 1mL till ca 5L t. ex. UP400St med 22mm sonotrode
• bänk skala vid ca. 0,1 till 20L/min t. ex. UIP1000hdT med 34mm sonotrode och flowcell
• produktions skala med början vid 20L/min t. ex. UIP4000hdT eller UIP16000hdT

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultrasonicators i laboratoriestorlek:

Använd formuläret nedan, om du vill få mer information om användningen av ultraljud enheter för upplösningen av cellerna. Vi hjälper dig gärna.

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

Litteratur / Referenser