Ультразвукова дезінтеграція клітин

Ультразвукова обробка є ефективним засобом дезінтеграції клітинних структур. Тому ультразвукові пристрої широко застосовують у лабораторіях для руйнування клітин, вилучення внутрішньоклітинних молекул, білків та органел для досліджень і аналізу. У промисловому масштабі ультразвукову дезінтеграцію та лізис застосовують для виділення молекул із клітинних фабрик або для сприяння розщепленню біомаси.

Що таке ультразвукова дезінтеграція?

Ультразвукова дезінтеграція, також відома як ультразвукова гомогенізація, – це процес, у якому використовують високоінтенсивні низькочастотні ультразвукові хвилі для руйнування клітинних стінок і молекулярних структур у рідкому середовищі. Цей метод широко застосовують у різних наукових і промислових галузях із кількома цілями:

Руйнування клітин: Ультразвукову дезінтеграцію широко застосовують у клітинній та молекулярній біології для руйнування клітинних мембран із вивільненням клітинного вмісту, зокрема білків, нуклеїнових кислот та органел. Це корисно для вилучення внутрішньоклітинних компонентів для аналізу або для лізису клітин у мікробіологічних і біотехнологічних процесах.

• Гомогенізація: Вона сприяє рівномірному змішуванню компонентів у зразку, особливо під час роботи з рідинами, що не змішуються, або коли потрібно отримати однорідну суміш матеріалів.
• Екстракція білків: У біології, протеоміці та науках про життя аналіз білків є дуже поширеним завданням. Перш ніж аналізувати білки за допомогою аналітичних методик, їх потрібно вилучити з внутрішнього середовища клітини та виділити. Використання ультразвукових пристроїв є найпоширенішим методом екстракції білків.
• Фрагментація ДНК: ДНК і РНК – це різні типи нуклеїнових кислот, які зберігають і кодують генетичну інформацію в клітинах. Під час аналізу ДНК і РНК довгі ланцюги іноді потрібно фрагментувати – цей процес можна надійно й ефективно здійснювати за допомогою ультразвукової обробки.
• Підготовка зразків: У дослідженнях і аналізі підготовка зразків є звичайною процедурою перед застосуванням різних аналітичних методів. Ультразвукова дезінтеграція може допомогти розчинити або диспергувати зразки, що може підвищити точність і відтворюваність аналізів.

Переваги ультразвукової дезінтеграції

Чому варто використовувати зондовий ультразвуковий пристрій для дезінтеграції, руйнування клітин та екстракції внутрішньоклітинних молекул і білків? Ультразвуковий пристрій, або ультразвуковий дезінтегратор, має численні переваги, завдяки яким ультразвукова обробка є кращою технологією порівняно з іншими методами дезінтеграції, такими як гомогенізація під високим тиском, подрібнення в кульовому млині або мікрофлюїдизація.

• Нетермічний метод: Ультразвукова дезінтеграція є нетермічним методом, тобто руйнування матеріалів не ґрунтується на дії тепла. Це перевага для застосувань, у яких високі температури можуть спричинити деградацію термочутливих зразків.
• Точність і контрольованість: Процес можна контролювати з високою точністю, забезпечуючи задане руйнування, змішування або зменшення розміру частинок.
• Швидкість та ефективність: Ультразвукова обробка зазвичай є швидким і ефективним методом, що робить її придатною для застосувань, які потребують високої продуктивності обробки зразків.
• Зменшене використання хімічних речовин: У багатьох випадках ультразвукова дезінтеграція може зменшити потребу в агресивних хімічних речовинах або органічних розчинниках, що може бути сприятливим для довкілля та зменшувати ризик хімічного забруднення.
• Без подрібнювальних тіл і сопел: Альтернативні методи дезінтеграції, як-от подрібнення в кульових або бісерних млинах чи використання гомогенізаторів високого тиску, мають недоліки. Подрібнення в кульових або бісерних млинах потребує подрібнювальних тіл (бісеру або кульок), відокремлення та очищення яких є трудомістким. Гомогенізатори високого тиску мають сопла, схильні до засмічення. Натомість ультразвукові гомогенізатори прості у використанні, високонадійні та міцні й потребують мінімального технічного обслуговування.
• Універсальність: Метод можна застосовувати до широкого спектра матеріалів, зокрема бактерій, рослинних клітин, тканин ссавців, водоростей, грибів тощо, що робить його універсальним у різних галузях.
  Масштабованість: Ультразвуковий метод можна масштабувати для промислових процесів, що робить його придатним як для лабораторного застосування, так і для великомасштабного виробництва.

Принцип дії ультразвукової дезінтеграції та руйнування клітин

Ультразвукова обробка генерує хвилі високого та низького тиску, що чергуються в оброблюваній рідині. Під час циклу низького тиску ультразвукові хвилі створюють у рідині дрібні вакуумні бульбашки, які різко схлопуються під час циклу високого тиску. Це явище називається кавітацією. Схлопування кавітаційної бульбашки спричиняє потужні гідродинамічні зсувні сили, які спочатку викликають сонопорацію, а згодом – ефективне руйнування клітинних структур. Внутрішньоклітинні молекули та органели повністю вивільняються в розчинник.

Ультразвукова дезінтеграція клітинних структур

Зсувні сили можуть дезінтегрувати волокнистий целюлозний матеріал до дрібних частинок і руйнувати стінки клітинної структури. Це вивільняє в рідину більше внутрішньоклітинного матеріалу, наприклад крохмалю або цукру. Крім того, матеріал клітинної стінки розпадається на дрібні фрагменти.

Цей ефект можна використовувати для ферментації, розщеплення та інших процесів перетворення органічної речовини. Після подрібнення та розмелювання ультразвукова обробка робить більшу кількість внутрішньоклітинного матеріалу, наприклад крохмалю, а також фрагменти клітинних стінок доступними для ферментів, які перетворюють крохмаль на цукри. Вона також збільшує площу поверхні, доступної для дії ферментів під час розрідження або оцукрювання. Зазвичай це підвищує швидкість і вихід дріжджового бродіння та інших процесів перетворення, наприклад для збільшення виробництва етанолу з біомаси.

Використовуйте ультразвукову дезінтеграцію – надійно й ефективно в будь-якому масштабі

Ультразвукові пристрої Hielscher доступні з різними номінальними потужностями та продуктивністю обробки. Незалежно від того, чи потрібно вам обробляти ультразвуком невеликі біологічні зразки об’ємом від кількох мікролітрів до кількох літрів, чи великі потоки клітин або біомаси для виробництва, Hielscher Ultrasonics запропонує вам найвідповідніший ультразвуковий дезінтегратор для вашого біологічного застосування.

• лабораторний масштаб для об’ємів від 1mL до приблизно 5L, наприклад UP400St із сонотродом діаметром 22mm
• настільний масштаб з об’ємною витратою приблизно від 0,1 до 20L/min, наприклад UIP1000hdT із сонотродом діаметром 34mm і проточною коміркою
• виробничий масштаб з об’ємною витратою від 20L/min, наприклад UIP4000hdT або UIP16000hdT

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших лабораторних ультразвукових пристроїв:

Скористайтеся формою нижче, якщо бажаєте отримати більше інформації щодо застосування ультразвукових пристроїв для дезінтеграції клітин. Ми будемо раді вам допомогти.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну продуктивність обробки наших промислових ультразвукових пристроїв:

Література / Джерела

• 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.