Làm chủ các tác vụ trong phòng thí nghiệm bằng máy đồng nhất hóa siêu âm
Máy siêu âm là công cụ thiết yếu trong phòng thí nghiệm, được sử dụng cho nhiều ứng dụng như đồng nhất hóa và trộn, chiết xuất, phân tán, nhũ hóa, hòa tan, phá vỡ tế bào, phân mảnh DNA và các phản ứng hóa siêu âm. Thông thường, máy siêu âm dạng đầu dò được sử dụng để thực hiện những tác vụ phổ biến này trong công việc hằng ngày tại phòng thí nghiệm. Đối với các mẫu thí nghiệm mà nhiễm chéo hoặc thất thoát mẫu là những yếu tố hạn chế, máy siêu âm không tiếp xúc của Hielscher là giải pháp được ưu tiên lựa chọn để chuẩn bị mẫu bằng siêu âm.
Máy siêu âm dạng đầu dò và máy siêu âm không tiếp xúc
Máy siêu âm dạng đầu dò truyền các sóng siêu âm cường độ cao – tập trung tại mũi của đầu sonotrode hoặc đầu dò – vào môi trường. Sử dụng bình chứa hở hoặc kín cho phép xử lý môi trường lỏng bằng siêu âm một cách đơn giản nhưng đáng tin cậy. Việc lắp đầu sonotrode vào buồng dòng chảy cho phép xử lý liên tục một dòng chất lỏng bằng siêu âm. Cấu hình dòng chảy qua như vậy là một phương thức tiên tiến để xử lý bằng siêu âm các thể tích lớn hơn hoặc các chất lỏng nhớt và dạng sệt.
Khi sử dụng các máy siêu âm không tiếp xúc như VialTweeter, máy siêu âm đĩa nhiều giếng UIP400MTP, CupHorn và thiết bị phản ứng dòng chảy GDmini2, mẫu có thể được xử lý trong điều kiện không chạm / không tiếp xúc – tránh nhiễm chéo và thất thoát mẫu. Một ưu điểm khác của máy siêu âm không tiếp xúc Hielscher là khả năng chuẩn bị mẫu với năng suất cao.
Xử lý bằng siêu âm là việc đưa siêu âm công suất vào mẫu thông qua đầu dò siêu âm để khuấy động và tác động lên các hạt trong mẫu. Máy siêu âm được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu học thuật, các phòng thí nghiệm phân tích và pháp y, các cơ sở lâm sàng và cơ sở sản xuất, nơi siêu âm được dùng để đồng nhất hóa và trộn các hệ huyền phù lỏng–lỏng hoặc lỏng–rắn, chiết xuất các chất có hoạt tính sinh học và các hợp chất tế bào, phá vỡ tế bào, vi khuẩn và mô, hòa tan bột, loại bỏ màng sinh học hoặc khởi phát các phản ứng hóa học.
Do phạm vi ứng dụng của máy siêu âm rất rộng, chúng thường được gọi tên theo tác vụ cụ thể. Vì vậy, bạn có thể thấy máy siêu âm được gọi bằng nhiều thuật ngữ khác nhau như:
- Máy đồng nhất hóa siêu âm:
Máy đồng nhất hóa siêu âm được sử dụng để trộn và phối trộn hai hoặc nhiều pha thành một hệ huyền phù đồng nhất. Là một giải pháp thay thế mạnh mẽ cho máy đồng nhất hóa áp suất cao, máy trộn cánh và máy vi lưu hóa, máy siêu âm dạng đầu dò nổi bật với khả năng vượt trội trong việc tạo ra các hệ phân tán nano và nhũ tương nano. - Máy phân tán siêu âm:
Máy phân tán siêu âm sử dụng sóng âm tần số cao để phá nhỏ các hạt và phân bố chúng đồng đều trong chất lỏng. Quá trình này đặc biệt hữu ích để tạo ra các hệ huyền phù ổn định của hạt rắn trong chất lỏng, chẳng hạn như phân tán chất màu trong mực hoặc các hạt trong bùn. - Máy nhũ hóa siêu âm:
Máy nhũ hóa siêu âm sử dụng sóng siêu âm để tạo ra các nhũ tương mịn bằng cách trộn hai chất lỏng không hòa tan lẫn nhau, chẳng hạn như dầu và nước. Sóng âm cường độ cao tạo ra các bọt xâm thực sụp đổ, sinh ra lực cắt mạnh làm vỡ nhỏ các giọt để tạo thành nhũ tương có kích thước nano, giúp chúng ổn định và đồng nhất. - Máy nghiền tế bào siêu âm:
Còn được gọi là máy phá vỡ hoặc ly giải tế bào bằng siêu âm, các thiết bị này sử dụng năng lượng siêu âm để phá vỡ màng tế bào và giải phóng các thành phần nội bào. Quá trình này rất cần thiết trong các ứng dụng sinh học và hóa sinh để chiết xuất protein, DNA và các thành phần tế bào khác. - Máy chiết xuất siêu âm:
Máy chiết xuất siêu âm sử dụng sóng siêu âm để phá vỡ nguyên liệu thực vật, tăng cường chiết xuất các hợp chất có hoạt tính sinh học như tinh dầu, flavonoid hoặc các hợp chất hóa thực vật khác. Hiệu ứng xâm thực cải thiện khả năng thâm nhập của dung môi và quá trình truyền khối, giúp chiết xuất hiệu quả hơn. - Máy hòa tan siêu âm:
Máy hòa tan siêu âm sử dụng năng lượng siêu âm để hòa tan chất rắn trong chất lỏng một cách nhanh chóng và hiệu quả. Điều này hữu ích khi pha chế các dung dịch hoặc huyền phù cần phân tán chất tan đồng đều và nhanh chóng, chẳng hạn như trong các công thức dược phẩm hoặc hóa chất. - Máy trộn siêu âm:
Máy trộn siêu âm sử dụng sóng siêu âm cường độ cao để trộn chất lỏng và bùn nhão, bảo đảm thành phần đồng nhất. Quá trình trộn này có thể xử lý các vật liệu có độ nhớt trong một phạm vi rộng và đặc biệt hiệu quả khi đồng nhất hóa những sản phẩm khó trộn bằng các phương pháp thông thường, chẳng hạn như hồ xi măng hoặc hỗn hợp phối liệu gốc có hàm lượng chất rắn cao. - Máy khuấy siêu âm:
Máy khuấy siêu âm sử dụng năng lượng siêu âm để khuấy hoặc làm chuyển động chất lỏng, thúc đẩy quá trình trộn đồng đều và ngăn ngừa lắng đọng. Phương pháp này hữu ích trong nhiều ngành công nghiệp nhằm duy trì tính đồng nhất của dung dịch, huyền phù hoặc hệ phân tán theo thời gian.
Xử lý siêu âm đĩa đa giếng và đĩa Petri
Đĩa đa giếng và đĩa Petri là những dụng cụ chứa thông dụng trong phòng thí nghiệm. Đĩa đa giếng, còn được gọi là đĩa vi thể hoặc đĩa vi giếng, là các đĩa phẳng có nhiều “giếng” được dùng như những ống nghiệm nhỏ. Chúng có nhiều cấu hình khác nhau, thường có 6, 12, 24, 48, 96, 384 hoặc 1536 giếng, cho phép sàng lọc và thử nghiệm với năng suất xử lý mẫu cao.
Trong khi đó, đĩa Petri là các đĩa nông, hình trụ, có nắp đậy, thường được làm bằng thủy tinh hoặc nhựa. Chúng cung cấp một bề mặt phẳng để nuôi cấy vi sinh vật.
Thiết kế đặc thù của cả hai loại dụng cụ chứa mẫu này đặt ra những thách thức khi cần áp dụng siêu âm như một bước xử lý. Với máy siêu âm đĩa UIP400MTP, Hielscher cung cấp một máy siêu âm mạnh mẽ có thể xử lý mọi đĩa đa giếng, đĩa vi thể và đĩa Petri tiêu chuẩn.
Tìm hiểu thêm về UIP400MTP – máy siêu âm mạnh mẽ dùng để chuẩn bị mẫu trong đĩa 96 giếng và đĩa Petri!
Bảng dưới đây cung cấp thông tin tổng quan về các máy siêu âm dạng đầu dò và không tiếp xúc của chúng tôi dành cho những ứng dụng thông dụng trong phòng thí nghiệm:
| Thiết bị được khuyến nghị | Thể tích mẻ | Lưu lượng |
|---|---|---|
| Máy siêu âm đĩa 96 giếng UIP400MTP | đĩa đa giếng / đĩa vi chuẩn độ | n.a. |
| CupHorn siêu âm | CupHorn dùng cho lọ hoặc cốc có mỏ | n.a. |
| GDmini2 | thiết bị phản ứng siêu âm dòng chảy vi mô | n.a. |
| VialTweeter | 0,5 đến 1,5mL | n.a. |
| UP100H | 1 đến 500mL | 10 đến 200mL/min |
| UP200Ht, UP200St | 10 đến 1000mL | 20 đến 200mL/min |
| UP400St | 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min |
| UIP500hdT | 100 đến 5000mL | 0,1 đến 4L/min |
| Máy lắc sàng siêu âm | n.a. | n.a. |
Liên hệ với chúng tôi! / Đặt câu hỏi cho chúng tôi!
Câu hỏi thường gặp
Sử dụng máy siêu âm phòng thí nghiệm như thế nào?
Máy siêu âm phòng thí nghiệm là thiết bị dùng để đưa năng lượng siêu âm vào mẫu nhằm làm chuyển động các hạt, thường phục vụ mục đích đồng nhất hóa, nhũ hóa, phân tán hạt nano hoặc phá vỡ tế bào. Để sử dụng máy siêu âm phòng thí nghiệm, trước tiên bạn cần chuẩn bị mẫu trong một dụng cụ chứa phù hợp. Nếu sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò, hãy nhúng đầu dò vào mẫu và bảo đảm đầu dò không chạm vào thành hoặc đáy dụng cụ chứa. Điều chỉnh các thông số cài đặt của máy siêu âm như biên độ, tần suất phát xung và thời gian theo yêu cầu cụ thể của ứng dụng. Đối với máy siêu âm không tiếp xúc, hãy đặt dụng cụ chứa mẫu vào giá đỡ theo chỉ dẫn trong sách hướng dẫn để sóng siêu âm được truyền một cách tối ưu. Bật máy siêu âm và theo dõi quá trình, điều chỉnh các thông số khi cần để đạt được hiệu quả mong muốn. Luôn sử dụng trang bị bảo hộ phù hợp, chẳng hạn như thiết bị bảo vệ thính giác.
Máy siêu âm có những ứng dụng nào trong phòng thí nghiệm?
Xử lý bằng siêu âm có nhiều ứng dụng trong các phòng thí nghiệm thuộc nhiều lĩnh vực. Phương pháp này thường được sử dụng để phá vỡ và ly giải tế bào, cho phép chiết xuất các thành phần nội bào như DNA, RNA và protein. Phương pháp này cũng được dùng để điều chế nhũ tương và hệ phân tán, tăng cường khả năng trộn các chất lỏng không hòa tan vào nhau hoặc phân bố các hạt nano trong môi trường. Máy siêu âm có giá trị trong quá trình tổng hợp hạt nano, giúp giảm kích thước hạt và ngăn ngừa sự kết tụ. Ngoài ra, xử lý bằng siêu âm còn được sử dụng để khử khí trong chất lỏng, loại bỏ các khí hòa tan có thể gây nhiễu một số kỹ thuật phân tích.
Tìm hiểu thêm về cách xử lý bằng siêu âm có thể tăng cường quá trình ly giải tế bào bằng lysozyme!
Máy siêu âm dạng đầu dò và bể siêu âm khác nhau như thế nào?
Sự khác biệt chính giữa máy siêu âm dạng đầu dò và bể siêu âm nằm ở thiết kế và ứng dụng. Máy siêu âm dạng đầu dò sử dụng đầu dò titan tiếp xúc trực tiếp với mẫu, truyền năng lượng siêu âm cường độ cao vào một vùng cục bộ. Cách tác động trực tiếp này lý tưởng cho các thể tích từ nhỏ đến lớn và cho phép kiểm soát chính xác quá trình xử lý bằng siêu âm. Ngược lại, bể siêu âm truyền sóng siêu âm qua môi trường chất lỏng chứa bình đựng mẫu. Hình thức xử lý bằng siêu âm gián tiếp này có cường độ yếu và không đồng đều, do đó thường được sử dụng để làm sạch hoặc khử khí.
Có thể thực hiện xử lý bằng siêu âm gián tiếp với cường độ cao và đồng đều bằng các máy siêu âm không tiếp xúc như VialTweeter, máy siêu âm cho đĩa nhiều giếng UIP400MTP hoặc thiết bị phản ứng dòng chảy GDmini2. Các máy siêu âm công suất cao, có năng suất xử lý mẫu cao này cho phép kiểm soát chính xác quá trình xử lý mẫu bằng siêu âm, nên phù hợp cho nghiên cứu và chẩn đoán.
Xử lý bằng siêu âm có những ứng dụng nào trong HPLC?
Chuẩn bị mẫu bằng siêu âm nâng cao hiệu quả phân tích HPLC bằng cách sử dụng hiện tượng xâm thực âm để phá vỡ nền mẫu và đẩy nhanh quá trình chuyển các chất phân tích vào dung môi chiết. Kỹ thuật này cải thiện hiệu suất chiết, tăng độ thu hồi chất phân tích và giảm thời gian chuẩn bị mẫu, cho phép phân tích sắc ký có độ nhạy cao hơn và khả năng tái lập tốt hơn. Tìm hiểu thêm về chuẩn bị mẫu bằng siêu âm cho HPLC!
Trong sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), xử lý bằng siêu âm cho phép biến tính và chức năng hóa các hạt nano, chẳng hạn như các vi cầu silica hoặc zirconia. Xử lý bằng siêu âm là phương pháp có hiệu quả cao để tổng hợp các hạt silica có cấu trúc lõi–vỏ, đặc biệt hữu ích cho các cột HPLC. Tìm hiểu thêm!
Ngoài ra, xử lý bằng siêu âm còn được sử dụng để chuẩn bị mẫu. Phương pháp này bảo đảm các chất phân tích và thuốc thử được trộn kỹ và hòa tan hoàn toàn, điều rất quan trọng để thu được kết quả sắc ký chính xác và có khả năng tái lập. Xử lý bằng siêu âm giúp khử khí trong dung môi, loại bỏ các khí hòa tan có thể tạo bọt và gây nhiễu dòng chảy cũng như quá trình phát hiện trong hệ thống HPLC. Ngoài ra, xử lý bằng siêu âm còn được sử dụng để làm sạch các bộ phận của hệ thống HPLC, chẳng hạn như cột và các bộ phận của bộ tiêm mẫu, bảo đảm mọi chất nhiễm bẩn hoặc cặn dư đều được loại bỏ hiệu quả.
Máy siêu âm được sử dụng như thế nào trong công nghệ sinh học và khoa học sự sống?
Trong công nghệ sinh học và khoa học sự sống, máy siêu âm là công cụ không thể thiếu cho nhiều ứng dụng. Chúng được sử dụng rộng rãi để ly giải tế bào và chiết xuất vật chất nội bào, vốn là những công đoạn thiết yếu trong các nghiên cứu sinh học phân tử liên quan đến axit nucleic và protein. Xử lý bằng siêu âm được sử dụng để phân mảnh DNA, RNA và chất nhiễm sắc phục vụ giải trình tự và các phân tích di truyền khác, cho phép nghiên cứu vật chất di truyền ở quy mô chi tiết hơn. Hơn nữa, máy siêu âm được sử dụng để điều chế liposome và các hệ dẫn truyền thuốc khác dựa trên hạt nano, nâng cao hiệu quả và khả năng hướng đích của các tác nhân điều trị.
Máy siêu âm cho đĩa nhiều giếng UIP400MTP được sử dụng để thu nhỏ quy mô xét nghiệm và tích hợp vào hệ thống tự động hóa phòng thí nghiệm – cho phép quy trình làm việc diễn ra thông suốt với năng suất xử lý mẫu cao. Tìm hiểu thêm về máy siêu âm cho đĩa vi giếng UIP400MTP dành cho các quy trình làm việc có năng suất xử lý mẫu cao!
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- Ultrasonic Homogenizers for Efficient Sample Preparation – Hielscher Ultrasonics
- Guidelines for Autoclaving Ultrasonic Sonotrodes and Flow Cells – HielscherUltrasonic
- I. Fasaki, K. Siamos, M. Arin, P. Lommens, I. Van Driessche, S.C. Hopkins, B.A. Glowacki, I. Arabatzis (2012): Ultrasound assisted preparation of stable water-based nanocrystalline TiO2 suspensions for photocatalytic applications of inkjet-printed films. Applied Catalysis A: General, Volumes 411–412, 2012. 60-69.
- Jorge S., Pereira K., López-Fernández H., LaFramboise W., Dhir R., Fernández-Lodeiro J., Lodeiro C., Santos H.M., Capelo-Martínez J.L. (2020): Ultrasonic-assisted extraction and digestion of proteins from solid biopsies followed by peptide sequential extraction hyphenated to MALDI-based profiling holds the promise of distinguishing renal oncocytoma from chromophobe renal cell carcinoma. Talanta, 2020.
- Fernandes, Luz; Santos, Hugo; Nunes-Miranda, J.; Lodeiro, Carlos; Capelo, Jose (2011): Ultrasonic Enhanced Applications in Proteomics Workflows: single probe versus multiprobe. Journal of Integrated OMICS 1, 2011.
- Priego-Capote, Feliciano; Castro, María (2004): Analytical uses of ultrasound – I. Sample preparation. TrAC Trends in Analytical Chemistry 23, 2004. 644-653.
- Welna, Maja; Szymczycha-Madeja, Anna; Pohl, Pawel (2011): Quality of the Trace Element Analysis: Sample Preparation Steps. In: Wide Spectra of Quality Control; InTechOpen 2011.
- Turrini, Federica; Donno, Dario; Beccaro, Gabriele; Zunin, Paola; Pittaluga, Anna; Boggia, Raffaella (2019): Pulsed Ultrasound-Assisted Extraction as an Alternative Method to Conventional Maceration for the Extraction of the Polyphenolic Fraction of Ribes nigrum Buds: A New Category of Food Supplements Proposed by The FINNOVER Project. Foods. 8. 466; 2019
Hielscher Ultrasonics sản xuất các thiết bị đồng nhất hóa siêu âm hiệu năng cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô công nghiệp.