การสลายเซลล์ด้วยอัลตราโซนิก

การใช้อัลตราโซนิกเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการสลายโครงสร้างเซลล์ ดังนั้น เครื่องอัลตราโซนิกจึงใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการเพื่อทำให้เซลล์แตกและสกัดโมเลกุลภายในเซลล์ โปรตีน และออร์แกเนลล์สำหรับการวิจัยและการวิเคราะห์ ในระดับอุตสาหกรรม การสลายและการทำให้เซลล์แตกด้วยอัลตราโซนิกใช้เพื่อแยกโมเลกุลจากเซลล์ที่ทำหน้าที่เป็นโรงงานผลิต หรือเพื่อส่งเสริมการย่อยชีวมวล

การสลายด้วยอัลตราโซนิกคืออะไร?

การสลายด้วยอัลตราโซนิก หรือที่เรียกว่าการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราโซนิก เป็นกระบวนการที่ใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงและความถี่ต่ำเพื่อทำลายผนังเซลล์และโครงสร้างโมเลกุลในตัวกลางที่เป็นของเหลว เทคนิคนี้ใช้กันทั่วไปในงานทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมหลากหลายประเภทเพื่อวัตถุประสงค์ต่าง ๆ ดังนี้:

การทำให้เซลล์แตก: การสลายด้วยอัลตราโซนิกใช้กันอย่างแพร่หลายในชีววิทยาของเซลล์และอณูชีววิทยาเพื่อทำลายเยื่อหุ้มเซลล์ ทำให้สารและองค์ประกอบภายในเซลล์ เช่น โปรตีน กรดนิวคลีอิก และออร์แกเนลล์ ถูกปล่อยออกมา วิธีนี้มีประโยชน์ในการสกัดองค์ประกอบภายในเซลล์เพื่อการวิเคราะห์ หรือในการทำให้เซลล์แตกในกระบวนการทางจุลชีววิทยาและเทคโนโลยีชีวภาพ

• การทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน: ช่วยให้ส่วนประกอบในตัวอย่างผสมกันอย่างสม่ำเสมอ โดยเฉพาะเมื่อใช้กับของเหลวที่ไม่ผสมเป็นเนื้อเดียวกัน หรือเมื่อต้องการให้วัสดุผสมกันอย่างสม่ำเสมอ
• การสกัดโปรตีน: ในชีววิทยา โปรตีโอมิกส์ และวิทยาศาสตร์ชีวภาพ การวิเคราะห์โปรตีนเป็นงานที่ทำกันทั่วไปอย่างมาก ก่อนจะวิเคราะห์โปรตีนด้วยวิธีทดสอบต่าง ๆ ต้องสกัดโปรตีนออกจากภายในเซลล์และแยกออกมาก่อน การใช้เครื่องอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในการสกัดโปรตีน
• การตัด DNA ให้เป็นชิ้นส่วน: DNA และ RNA เป็นกรดนิวคลีอิกคนละชนิดที่เก็บและเข้ารหัสข้อมูลทางพันธุกรรมในเซลล์ ในการวิเคราะห์ DNA และ RNA บางครั้งจำเป็นต้องตัดสายยาวให้เป็นชิ้นส่วน ซึ่งเป็นกระบวนการที่สามารถทำได้อย่างเชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพด้วยการใช้อัลตราโซนิก
• การเตรียมตัวอย่าง: ในการวิจัยและการวิเคราะห์ การเตรียมตัวอย่างเป็นขั้นตอนทั่วไปก่อนใช้เทคนิคการวิเคราะห์ต่าง ๆ การสลายด้วยอัลตราโซนิกสามารถช่วยละลายหรือกระจายตัวอย่าง ซึ่งอาจช่วยเพิ่มความถูกต้องและความสามารถในการทำซ้ำของการวิเคราะห์

ข้อดีของการสลายด้วยอัลตราโซนิก

เหตุใดจึงใช้เครื่องอัลตราโซนิกแบบโพรบเพื่อการสลาย การทำให้เซลล์แตก และการสกัดโมเลกุลและโปรตีนภายในเซลล์? เครื่องอัลตราโซนิกหรือเครื่องสลายเซลล์ด้วยอัลตราโซนิกมีข้อดีมากมายที่ทำให้การใช้อัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับวิธีการสลายอื่น ๆ เช่น การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยความดันสูง การบดด้วยลูกบอล หรือการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยไมโครฟลูอิไดเซชัน

• ไม่ใช้ความร้อน: การสลายด้วยอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่ไม่ใช้ความร้อน ซึ่งหมายความว่าไม่อาศัยความร้อนในการสลายวัสดุ ข้อนี้เป็นประโยชน์สำหรับงานที่อุณหภูมิสูงอาจทำให้ตัวอย่างที่ไวต่อความร้อนเสื่อมสภาพ
• แม่นยำและควบคุมได้: สามารถควบคุมกระบวนการได้อย่างแม่นยำสูง ทำให้สามารถทำลายโครงสร้าง ผสม หรือลดขนาดอนุภาคได้ตามที่กำหนด
• รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ: โดยทั่วไป การใช้อัลตราโซนิกเป็นวิธีที่รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ จึงเหมาะกับงานที่ต้องประมวลผลตัวอย่างจำนวนมากต่อหน่วยเวลา
• ลดการใช้สารเคมี: ในหลายกรณี การสลายด้วยอัลตราโซนิกสามารถลดความจำเป็นในการใช้สารเคมีที่มีฤทธิ์รุนแรงหรือตัวทำละลายอินทรีย์ ซึ่งอาจเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและลดความเสี่ยงของการปนเปื้อนสารเคมี
• ไม่ใช้ตัวกลางบด ไม่ใช้หัวฉีด: เทคนิคการสลายทางเลือก เช่น การบดด้วยลูกบอลหรือเม็ดบด หรือเครื่องทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยความดันสูง มีข้อเสีย การบดด้วยลูกบอลหรือเม็ดบดจำเป็นต้องใช้ตัวกลางบด (เม็ดบดหรือลูกปัด) ซึ่งต้องแยกออกและทำความสะอาดอย่างยุ่งยาก เครื่องทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยความดันสูงมีหัวฉีดที่อุดตันได้ง่าย ในทางตรงกันข้าม เครื่องทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราโซนิกใช้งานง่าย มีความน่าเชื่อถือสูงและทนทาน โดยต้องการการบำรุงรักษาน้อยมาก
• ความอเนกประสงค์: สามารถใช้กับวัสดุได้หลากหลาย รวมถึงแบคทีเรีย เซลล์พืช เนื้อเยื่อสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม สาหร่าย เชื้อรา ฯลฯ จึงเป็นเทคนิคอเนกประสงค์ในสาขาต่าง ๆ
  ความสามารถในการขยายขนาด: เทคนิคอัลตราโซนิกสามารถขยายขนาดสำหรับกระบวนการอุตสาหกรรมได้ จึงเหมาะสำหรับทั้งงานในห้องปฏิบัติการและการผลิตขนาดใหญ่

หลักการทำงานของการสลายและการทำให้เซลล์แตกด้วยอัลตราโซนิก

การใช้อัลตราโซนิกสร้างคลื่นความดันสูงและความดันต่ำสลับกันในของเหลวที่ได้รับคลื่น ในช่วงความดันต่ำ คลื่นอัลตราซาวนด์สร้างฟองสุญญากาศขนาดเล็กในของเหลว ซึ่งยุบตัวอย่างรุนแรงในช่วงความดันสูง ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าคาวิเทชัน การยุบตัวของฟองคาวิเทชันก่อให้เกิดแรงเฉือนทางอุทกพลศาสตร์ที่รุนแรง ซึ่งทำให้เกิดรูพรุนในเยื่อหุ้มเซลล์ด้วยอัลตราซาวนด์ก่อน จากนั้นจึงทำลายโครงสร้างเซลล์อย่างมีประสิทธิภาพ โมเลกุลภายในเซลล์และออร์แกเนลล์ถูกปล่อยออกสู่ตัวทำละลายอย่างสมบูรณ์

การสลายโครงสร้างเซลล์ด้วยอัลตราโซนิก

แรงเฉือนสามารถสลายวัสดุเส้นใยที่มีเซลลูโลสให้เป็นอนุภาคละเอียด และทำลายผนังของโครงสร้างเซลล์ ทำให้สารภายในเซลล์ เช่น แป้งหรือน้ำตาล ถูกปล่อยออกสู่ของเหลวมากขึ้น นอกจากนี้ วัสดุของผนังเซลล์ยังถูกทำให้แตกเป็นเศษชิ้นเล็ก ๆ

ผลนี้สามารถนำไปใช้ในการหมัก การย่อย และกระบวนการแปรสภาพอื่น ๆ ของสารอินทรีย์ หลังการบดและการโม่ การใช้อัลตราโซนิกทำให้สารภายในเซลล์ เช่น แป้ง รวมทั้งเศษผนังเซลล์ พร้อมให้เอนไซม์ที่เปลี่ยนแป้งเป็นน้ำตาลเข้าถึงได้มากขึ้น อีกทั้งยังเพิ่มพื้นที่ผิวที่สัมผัสกับเอนไซม์ระหว่างการทำให้แป้งเหลวหรือการเปลี่ยนแป้งเป็นน้ำตาล โดยทั่วไป ผลนี้ช่วยเพิ่มอัตราและผลผลิตของการหมักด้วยยีสต์และกระบวนการแปรสภาพอื่น ๆ เช่น เพื่อเพิ่มการผลิตเอทานอลจากชีวมวล

ใช้การสลายด้วยอัลตราโซนิก – เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพในทุกขนาด

เครื่องอัลตราโซนิกของ Hielscher มีให้เลือกตามพิกัดกำลังและขีดความสามารถในการประมวลผลที่แตกต่างกัน ไม่ว่าคุณต้องการใช้อัลตราโซนิกกับตัวอย่างทางชีวภาพขนาดเล็กตั้งแต่ไม่กี่ไมโครลิตรถึงไม่กี่ลิตร หรือต้องการประมวลผลกระแสเซลล์หรือชีวมวลปริมาณมากเพื่อการผลิต Hielscher Ultrasonics จะเสนอเครื่องสลายเซลล์ด้วยอัลตราโซนิกที่เหมาะสมที่สุดสำหรับงานทางชีวภาพของคุณ

• ระดับห้องปฏิบัติการสำหรับ 1mL ถึงประมาณ 5L เช่น UP400St พร้อมโซโนโทรดขนาด 22mm
• ระดับเครื่องตั้งโต๊ะที่อัตราประมาณ 0.1 ถึง 20L/min เช่น UIP1000hdT พร้อมโซโนโทรดขนาด 34mm และเซลล์การไหล
• ระดับการผลิตเริ่มต้นที่ 20L/min เช่น UIP4000hdT หรือ UIP16000hdT

ตารางด้านล่างแสดงขีดความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกขนาดห้องปฏิบัติการของเรา:

โปรดใช้แบบฟอร์มด้านล่างหากคุณต้องการข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้อุปกรณ์อัลตราโซนิกเพื่อสลายเซลล์ เรายินดีให้ความช่วยเหลือคุณ

ตารางด้านล่างแสดงขีดความสามารถในการประมวลผลโดยประมาณของเครื่องอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมของเรา:

เอกสารวิชาการ / เอกสารอ้างอิง

• 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.