Siêu âm tan rã của các tế bào

Ultrasonication là một phương tiện hiệu quả của sự tan rã cấu trúc tế bào. Do đó, sonicators được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm để phá vỡ các tế bào mở, chiết xuất các phân tử nội bào, protein và bào quan để nghiên cứu và phân tích. Ở quy mô công nghiệp, sự tan rã siêu âm và ly giải được sử dụng để cô lập các phân tử từ các nhà máy tế bào hoặc để thúc đẩy quá trình tiêu hóa sinh khối.

Siêu âm tan rã là gì?

Siêu âm tan rã, còn được gọi là đồng nhất siêu âm, là một quá trình sử dụng sóng siêu âm cường độ cao, tần số thấp để phá vỡ thành tế bào và phá vỡ cấu trúc phân tử trong môi trường lỏng. Kỹ thuật này thường được sử dụng trong các ứng dụng khoa học và công nghiệp khác nhau cho một số mục đích:

Phá vỡ tế bào: Sự tan rã siêu âm được sử dụng rộng rãi trong sinh học tế bào và sinh học phân tử để phá vỡ màng tế bào, giải phóng nội dung tế bào như protein, axit nucleic và bào quan. Điều này rất hữu ích để trích xuất các thành phần nội bào để phân tích hoặc cho các tế bào lysing trong các quy trình vi sinh và công nghệ sinh học.

• Đồng nhất hóa: Nó giúp trộn đều các thành phần trong mẫu, đặc biệt là khi xử lý chất lỏng không thể trộn lẫn hoặc khi cố gắng đạt được sự pha trộn nhất quán của vật liệu.
• Chiết xuất protein: Trong sinh học, proteomics, khoa học đời sống, phân tích protein là một nhiệm vụ rất phổ biến. Trước khi protein có thể được phân tích trong các xét nghiệm, chúng phải được chiết xuất từ bên trong tế bào và phân lập. Sonicators là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để chiết xuất protein.
• Phân mảnh DNA: DNA và RNA là các loại axit nucleic riêng biệt lưu trữ và mã hóa thông tin di truyền trong tế bào. Khi DNA và RNA được phân tích, các sợi dài đôi khi phải bị phân mảnh, một quá trình có thể được thực hiện một cách đáng tin cậy và hiệu quả bằng sonication.
• Chuẩn bị mẫu: Trong nghiên cứu và phân tích, chuẩn bị mẫu là một thủ tục phổ biến trước các kỹ thuật phân tích khác nhau. Sự tan rã siêu âm có thể giúp hòa tan hoặc phân tán các mẫu, có thể cải thiện độ chính xác và khả năng tái tạo của các phân tích.

Ưu điểm của sự tan rã siêu âm

Tại sao sử dụng sonicator kiểu đầu dò để phân hủy, phá vỡ tế bào và chiết xuất các phân tử và protein nội bào? Một sonicator hoặc dismembrator siêu âm cung cấp nhiều lợi thế mà làm cho sonication công nghệ vượt trội khi so sánh với các phương pháp tan rã khác như đồng nhất áp suất cao, phay bóng hoặc microfluidization.

• Không nhiệt: Siêu âm tan rã là một phương pháp không nhiệt, có nghĩa là nó không dựa vào nhiệt để phá vỡ vật liệu. Điều này thuận lợi cho các ứng dụng mà nhiệt độ cao có thể làm suy giảm các mẫu nhạy cảm với nhiệt.
• Chính xác và kiểm soát: Quá trình này có thể được kiểm soát với độ chính xác cao, cho phép gián đoạn, trộn hoặc giảm kích thước hạt cụ thể.
• Nhanh chóng và hiệu quả: Ultrasonication nói chung là một phương pháp nhanh chóng và hiệu quả, làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng thông lượng cao.
• Giảm sử dụng hóa chất: Trong nhiều trường hợp, sự tan rã siêu âm có thể làm giảm nhu cầu về hóa chất khắc nghiệt hoặc dung môi hữu cơ, có thể thân thiện với môi trường và giảm nguy cơ ô nhiễm hóa chất.
• Không có phương tiện phay, không có vòi phun: Các kỹ thuật phân rã thay thế, chẳng hạn như phay bóng / hạt hoặc đồng nhất áp suất cao, đi kèm với những nhược điểm. Phay bóng / hạt đòi hỏi phải sử dụng phương tiện phay (hạt hoặc ngọc trai), phải được tách ra và làm sạch một cách khó khăn. Máy đồng nhất áp suất cao có vòi phun dễ bị tắc. Ngược lại, siêu âm homogenizers rất dễ sử dụng, độ tin cậy cao và mạnh mẽ, đòi hỏi rất ít bảo trì.
• Linh hoạt: Nó có thể được áp dụng cho một loạt các vật liệu, bao gồm vi khuẩn, tế bào thực vật, mô động vật có vú, tảo, nấm, vv làm cho nó trở thành một kỹ thuật linh hoạt trong các lĩnh vực khác nhau.
  Khả năng mở rộng: Kỹ thuật siêu âm có thể được mở rộng cho các quy trình công nghiệp, làm cho nó phù hợp cho cả phòng thí nghiệm và các ứng dụng sản xuất quy mô lớn.

Nguyên tắc làm việc của sự tan rã siêu âm và phá vỡ tế bào

Ultrasonication tạo ra sóng áp suất cao và áp suất thấp xen kẽ trong chất lỏng tiếp xúc. Trong chu kỳ áp suất thấp, sóng siêu âm tạo ra bong bóng chân không nhỏ trong chất lỏng sụp đổ dữ dội trong chu kỳ áp suất cao. Hiện tượng này được gọi là cavitation. Sự nổ tung của bong bóng xâm thực gây ra lực cắt thủy động lực mạnh gây ra âm thanh đầu tiên và sau đó là sự phá vỡ hiệu quả của cấu trúc tế bào. Các phân tử nội bào và bào quan được giải phóng hoàn toàn vào dung môi.

Siêu âm tan rã cấu trúc tế bào

Các lực cắt có thể phân hủy vật liệu xenlulo, xơ thành các hạt mịn và phá vỡ các bức tường của cấu trúc tế bào. Điều này giải phóng nhiều vật liệu nội bào, chẳng hạn như tinh bột hoặc đường vào chất lỏng. Thêm vào đó, vật liệu thành tế bào đang bị phá vỡ thành các mảnh vụn nhỏ.

Hiệu ứng này có thể được sử dụng cho quá trình lên men, tiêu hóa và các quá trình chuyển đổi chất hữu cơ khác. Sau khi xay xát và nghiền, ultrasonication làm cho nhiều hơn các vật liệu nội bào, ví dụ như tinh bột cũng như các mảnh vụn thành tế bào có sẵn cho các enzyme chuyển đổi tinh bột thành đường. Nó cũng làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với các enzyme trong quá trình hóa lỏng hoặc đường hóa. Điều này thường làm tăng tốc độ và năng suất của quá trình lên men men và các quá trình chuyển đổi khác, ví dụ như để thúc đẩy sản xuất ethanol từ sinh khối.

Sử dụng sự tan rã siêu âm – Đáng tin cậy và hiệu quả ở mọi quy mô

Hielscher sonicators có sẵn với xếp hạng công suất và khả năng xử lý khác nhau. Cho dù bạn muốn sonicate mẫu sinh học nhỏ từ một vài microlit đến một vài lít hoặc cần phải xử lý các dòng tế bào lớn hoặc sinh khối để sản xuất, Hielscher Ultrasonics sẽ cung cấp cho bạn dismembrator siêu âm phù hợp nhất cho ứng dụng sinh học của bạn.

• cân phòng thí nghiệm cho 1mL đến xấp xỉ 5L, ví dụ: UP400St với sonotrode 22mm
• cân bàn ở khoảng 0,1 đến 20L / phút, ví dụ: UIP1000hdT với sonotrode 34mm và flowcell
• quy mô sản xuất bắt đầu từ 20L / phút, ví dụ: UIP4000hdt hoặc UIP16000hdT

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators kích thước phòng thí nghiệm của chúng tôi:

Vui lòng sử dụng mẫu dưới đây, nếu bạn muốn nhận thêm thông tin liên quan đến việc sử dụng các thiết bị siêu âm cho mục đích phân hủy các tế bào. Chúng tôi sẽ sẵn lòng hỗ trợ bạn.

Bảng dưới đây cung cấp cho bạn một dấu hiệu về khả năng xử lý gần đúng của ultrasonicators công nghiệp của chúng tôi:

Văn học / Tài liệu tham khảo