Công nghệ siêu âm Hielscher

Sonication lysis: sự gián đoạn tế bào & Khai thác

Phân rã tế bào hoặc lysis là một phần phổ biến của chuẩn bị mẫu hàng ngày trong phòng thí nghiệm công nghệ sinh học. Mục tiêu của lysis là để phá vỡ các bộ phận của thành tế bào hoặc tế bào hoàn chỉnh để giải phóng các phân tử sinh học. Cái gọi là lysate có thể bao gồm trong các ví dụ plasmid, thụ thể assays, protein, DNA, RNA vv. Sau các bước của lysis là fractionation, cách ly organelle hoặc/và chiết xuất protein và thanh lọc. Các vật liệu chiết xuất (= lysate) phải được tách ra và có thể điều tra thêm hoặc các ứng dụng, ví dụ như cho nghiên cứu proteomic. Siêu âm homogenizers là một công cụ phổ biến cho thành công tế bào lysis. Khi cường độ siêu âm có thể được san bằng cách điều chỉnh các thông số quá trình, cường độ sonication tối ưu từ rất mềm đến rất khó có thể được thiết lập riêng cho từng chất và phương tiện để đáp ứng yêu cầu cụ thể.

Cấu trúc tế bào

Các tế bào được bảo vệ bởi một màng plasma bán permeable trong đó bao gồm trong một phospho-lipid-phôi (cũng protein-lipid lớp kép; hình thành bởi lipid kỵ nước và các phân tử phốt pho hydrophilic với các phân tử protein nhúng) và tạo ra một rào cản giữa nội thất tế bào (tế bào chất) và môi trường ngoại bào. Tế bào thực vật và các tế bào prokaryotic được bao quanh bởi một bức tường tế bào. Do nhiều lớp thành tế bào dày của cellulose, tế bào thực vật khó lyse hơn so với tế bào động vật. Các tế bào nội thất, chẳng hạn như organelles, hạt nhân, ti thể, được ổn định bởi các cytoskeleton.
Bởi lysing các tế bào, nó là nhằm giải nén và tách các organelles, protein, DNA, mRNA hoặc các phân tử sinh học khác.

Sonication thường được sử dụng để chuẩn bị mẫu của vật chất tế bào.

Hình 1: khai thác siêu âm từ các tế bào: phần ngang vi mô (TS) của thân cây bạc Hà (mentha piperita) cho thấy cơ chế hoạt động trong quá trình khai thác siêu âm từ các tế bào (phóng đại 2000x) [tài nguyên: Vilkhu et al. 2011]

Phương pháp

Có một số phương pháp để các tế bào lysate, có thể được chia thành các phương pháp cơ khí và hóa học, trong đó bao gồm việc sử dụng các chất tẩy rửa hoặc dung môi, các ứng dụng áp lực cao, hoặc sử dụng một cối xay hạt hoặc của một báo chí Pháp. Những bất lợi có vấn đề nhất của các phương pháp này là kiểm soát khó khăn và điều chỉnh các thông số quá trình và do đó tác động.
Những nhược điểm chính của phương pháp lysis phổ biến:

Kỹ thuật lysis khác nhau

Bảng: phương pháp thông thường của tế bào lysis có nhược điểm lớn

Ngược lại, sonication là một công cụ rất hiệu quả và đáng tin cậy cho sự tan rã của tế bào, cho phép kiểm soát hoàn toàn các thông số sonication. Điều này đảm bảo tính chọn lọc cao về phát hành vật liệu và độ tinh khiết của sản phẩm. [Balasundaram et al. 2009] Nó phù hợp với tất cả các loại tế bào và dễ dàng áp dụng ở quy mô nhỏ và lớn. Ultrasonicators rất dễ dàng để làm sạch. Một homogenizer siêu âm luôn có chức năng sạch tại chỗ (CIP) và khử trùng tại chỗ (SIP). Sonotrode bao gồm trong một sừng Titan lớn có thể được lau hoặc đỏ bừng trong nước hoặc dung môi (tùy thuộc vào môi trường làm việc). Việc duy trì ultrasonicators là do sự mạnh mẽ của họ gần như bỏ qua.

lysis

Lysis là một quá trình nhạy cảm. Trong quá trình lysis, việc bảo vệ màng tế bào bị phá hủy, Tuy nhiên sự bất hoạt, biến tính và suy thoái của các protein được chiết xuất bởi một môi trường không sinh lý (độ lệch từ pH-value) phải được ngăn chặn. Vì vậy, nói chung lysis được thực hiện trong một giải pháp đệm. Hầu hết các khó khăn phát sinh từ sự gián đoạn tế bào không được kiểm soát dẫn đến một bản phát hành không được nhắm mục tiêu của tất cả các vật liệu nội bào hoặc/và biến tính của các sản phẩm mục tiêu.

Siêu âm tế bào lysis có thể được sử dụng để chuẩn bị mẫu trong phòng thí nghiệm và để sản xuất khối lượng lớn. Nhấn vào đây để phóng to!

Fig. 1:200 watt mạnh mẽ siêu âm homogenizer UP200Ht với điều khiển kỹ thuật số và ghi dữ liệu tự động để phân hủy tế bào đáng tin cậy và tái sản xuất.

Siêu âm lysis

Nói chung, việc lysis mẫu trong phòng thí nghiệm sẽ mất từ 15 giây đến 2 phút. Khi cường độ của sonication là rất dễ dàng để điều chỉnh bằng cách thiết lập một sonication thời gian, cũng như cách chọn các thiết bị phù hợp, có thể phá vỡ màng tế bào rất nhẹ nhàng hoặc rất đột ngột, tùy thuộc vào cấu trúc tế bào và mục đích của lysis ( Ví dụ như chiết xuất DNA đòi hỏi sonication mềm hơn, khai thác hoàn toàn protein của vi khuẩn đòi hỏi phải điều trị siêu âm mạnh hơn). Nhiệt độ trong quá trình có thể được theo dõi bởi một cảm biến nhiệt độ tích hợp và có thể dễ dàng kiểm soát bằng cách làm mát (tắm nước đá hoặc các tế bào dòng chảy với áo khoác làm mát) hoặc bằng sonication trong chế độ xung. Trong quá trình sonication xung chế độ, chu kỳ bùng nổ sonication ngắn 1-15 giây thời gian cho phép tản nhiệt và làm mát trong thời gian dài liên tục.
Tất cả các quá trình siêu âm-driven là hoàn toàn tái sản xuất và tuyến tính có thể mở rộng.

Siêu âm homogenizer VialTweeter để chuẩn bị mẫu đồng thời lên đến 10 ống nghiệm. (Click vào để phóng to!)

Thiết bị siêu âm VialTweeter cho phép chuẩn bị mẫu đồng thời lên đến 10 lọ trong điều kiện cùng một quá trình.

Siêu âm Homogenizers

Nhiều loại Thiết bị siêu âm cho phép phù hợp với mục tiêu chuẩn bị mẫu và để đảm bảo sự thân thiện với người dùng và hoạt động thoải mái. Máy siêu âm loại đầu dò là những thiết bị phổ biến nhất trong phòng thí nghiệm. Chúng phù hợp nhất cho việc chuẩn bị các mẫu nhỏ và cỡ giữa với khối lượng 0,1 mL đến 1000mL. Kích thước điện khác nhau và sonotrodes cho phép để thích ứng với ultrasonicator với khối lượng mẫu và tàu cho kết quả sonicating hiệu quả và hiệu quả nhất. Thiết bị thăm dò siêu âm là sự lựa chọn tốt nhất khi các mẫu đơn phải được chuẩn bị.

Yêu cầu thông tin




Lưu ý của chúng tôi Chính sách bảo mật.


Nếu có nhiều mẫu phải được chuẩn bị, ví dụ như 8 lọ giải pháp tế bào, các thiết bị như VialTweeter hoặc một cuphorn siêu âm là homogenizer thích hợp nhất cho lysis. Một số lọ được sonicated cùng một lúc, ở cường độ tương tự. Điều này tiết kiệm không chỉ thời gian, nhưng đảm bảo cũng cùng một xử trị của tất cả các mẫu, mà làm cho kết quả trong số các mẫu đáng tin cậy và so sánh. Hơn nữa, ô nhiễm chéo bằng cách ngâm sonotrode siêu âm (còn được gọi là đầu dò siêu âm, sừng, tip, hoặc ngón tay) tránh được. Kể từ khi lọ được sử dụng, làm sạch thời gian và mất mẫu do decanting của tàu được bỏ qua.
Đối với khối lượng cao hơn, ví dụ như cho việc sản xuất thương mại của tế bào, Hệ thống siêu âm liên tục với một lò phản ứng tế bào dòng chảy là phù hợp nhất. Dòng chảy liên tục và thậm chí của vật liệu chế biến đảm bảo một sonication thậm chí. Tất cả các thông số của quá trình tan rã siêu âm có thể được tối ưu hóa và điều chỉnh theo yêu cầu của ứng dụng và vật liệu tế bào cụ thể.
Thủ tục mẫu mực cho siêu âm lysing của tế bào vi khuẩn:

  • Chuẩn bị đình chỉ tế bào: viên pin phải được hoàn toàn bị đình chỉ trong một giải pháp đệm bằng cách đồng nhất (chọn giải pháp đệm của bạn tương thích với phân tích sau, ví dụ như phương pháp sắc ký cụ thể). Thêm lysozyme và/hoặc các chất phụ gia khác, nếu cần thiết (chúng cũng phải tương thích với các phương tiện tách/lọc). Trộn/đồng nhất các giải pháp nhẹ nhàng dưới sonication nhẹ cho đến khi hệ thống treo hoàn toàn đạt được.
  • Siêu âm lysis: nơi mẫu trong một bồn tắm nước đá. Đối với sự gián đoạn tế bào, sonicate đình chỉ ở 60-90 thứ hai nổ (sử dụng chế độ xung của ultrasonicator của bạn).
  • Ly thân: máy ly tâm lysate (ví dụ 10 phút tại 10.000 x g; tại 4degC). Tách các supernatant từ các miếng tế bào cẩn thận. Supernatant là tổng lysate tế bào. Sau khi lọc của supernatant, bạn có được một chất lỏng làm rõ của protein tế bào hòa tan.

Các ứng dụng phổ biến nhất cho ultrasonicators trong sinh học và công nghệ sinh học là:

  • Chuẩn bị chiết xuất tế bào
  • Bị gián đoạn nấm men, vi khuẩn, tế bào thực vật, & mô tế bào cứng, vật liệu nucleic
  • Chiết xuất protein
  • Chuẩn bị và cô lập enzym
  • Sản xuất kháng nguyên
  • Chiết xuất DNA và/hoặc phân mảnh nhắm mục tiêu
  • chuẩn bị liposome
Siêu âm công suất cao homogenizers như UIP1000hd được sử dụng cho sự gián đoạn tế bào và khai thác trong hàng loạt hoặc dòng chảy liên tục-mặc dù chế độ. (Click vào để phóng to!)

Hệ thống để bàn siêu âm như UIP1000hd (1kW) có thể xử lý khối lượng lớn hơn của vật liệu sinh học.

Các ứng dụng đa dạng của các ngành siêu âm ra trong các lĩnh vực công nghệ sinh học, Bioengineering, vi sinh, sinh học phân tử, hóa hóa, miễn dịch, bacteriology, Virology, Proteomics, di truyền học, sinh lý và thực vật học.

Để đánh giá và tối ưu hóa ứng dụng của khách hàng, Hielscher Ultrasonics cung cấp đầy đủ tiện nghi Phòng thí nghiệm quy trình siêu âm. Vui lòng liên hệ với chúng tôi để biết thêm thông tin!

Văn học / Tài liệu tham khảo

  • Balasundaram, B.; Harrison, S.; Bracewell, D. G. (2009): tiến bộ trong các chiến lược phát hành sản phẩm và tác động đến thiết kế sinh học. Xu hướng trong công nghệ sinh học 27/8, 2009. Các trang 477-485.
  • Vilkhu, K.; Manasseh, R.; Mawson, R.; Ashokkumar, M. (2011): siêu âm phục hồi và sửa đổi các thành phần thực phẩm. Trong: Feng/Barbosa-Cánovas/Weiss (2011): công nghệ siêu âm cho thực phẩm và chế biến sinh học. New York: Springer, 2011. Các trang 345-368.

Liên hệ / Yêu cầu Thêm Thông tin

Nói chuyện với chúng tôi về các yêu cầu xử lý của bạn. Chúng tôi sẽ giới thiệu các thiết lập và xử lý các thông số phù hợp nhất cho dự án của bạn.