超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)是指利用外力破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞壁,使細(xì)胞內(nèi)容物包括目的的產(chǎn)物成分釋放出來(lái)的技術(shù),是分離純化細(xì)胞內(nèi)合成的非分泌型生化物質(zhì)的基礎(chǔ),由于細(xì)菌、酵母、真菌、植物細(xì)胞壁的組成成分不同,且同類細(xì)胞竭誠(chéng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也不同,所以其細(xì)胞壁的堅(jiān)固程度不同。
而動(dòng)物細(xì)胞雖沒(méi)有細(xì)胞壁,但具有細(xì)胞膜,也需要一定的細(xì)胞破碎方法來(lái)破膜,以此達(dá)到提取產(chǎn)物的目的。下面就列舉了幾個(gè)重要的方法,可供參考:
1. 機(jī)械法
1.1 組織搗碎
將材料配成稀糊狀液,放置于筒內(nèi)約1/3體積,蓋緊筒蓋,將調(diào)速器先撥至最慢處,開(kāi)動(dòng)開(kāi)關(guān)后,逐步加速至所需速度。一般用于動(dòng)物組織、植物肉質(zhì)種子、柔嫩的葉芽等,轉(zhuǎn)速可高達(dá)10000rpm/M以上。由于旋轉(zhuǎn)刀片的機(jī)械切力很大,制備一些較大分子如核酸則很少使用
1.2 勻漿器
先將剪碎的組織置于管中,再套入研桿來(lái)回研磨,上下移動(dòng),即可將細(xì)胞研碎。勻漿器的研缽磨球和玻璃管內(nèi)壁之間間隙保持在十分之幾毫米距離。制作勻漿器的材料,除玻璃外,還可以用硬質(zhì)塑料、不銹鋼、人造熒光樹(shù)脂等。
此法細(xì)胞破碎程度比高速組織搗碎機(jī)為高,適用于量少和動(dòng)物臟器組織。
存在的問(wèn)題:較易造成堵塞的團(tuán)狀或絲狀真菌,較小的革蘭氏陽(yáng)性首以及有些亞細(xì)胞器,質(zhì)地堅(jiān)硬,易損傷勻漿閥,也不適合用該法處理。
1.3 研缽
多用于細(xì)菌或其他堅(jiān)硬植物材料,研磨時(shí)常加入少量石英砂,玻璃粉或其他研磨劑,以提高研磨效果。
1.4 細(xì)菌磨
是一種改良了的研磨器,比研缽具有更大的研磨面積,而且低部有出口。操作時(shí)先把細(xì)菌和研磨粉調(diào)成糊狀,每次加入一小勺,研磨20-30秒即可將細(xì)菌細(xì)胞完全磨碎。
2. 化學(xué)及生物化學(xué)法
2.1自溶法
在一定PH和適當(dāng)?shù)臏囟认?,利用組織細(xì)胞內(nèi)自身的酶系統(tǒng)將細(xì)胞破碎的方法。此過(guò)程需較長(zhǎng)時(shí)間,常用少量防腐劑如甲苯、氯仿等防止細(xì)胞的污染。
2.2 酶溶法
利用各種水解酶,如溶菌酶、纖維素酶、蝸牛酶、半纖維素酶、脂酶等,將細(xì)胞壁分解,使細(xì)胞內(nèi)含物釋放出來(lái)。有些細(xì)菌對(duì)溶菌酶不敏感,加入少量巰基試劑或8摩爾尿素處理后,使之轉(zhuǎn)為對(duì)溶菌酶敏感而溶解。
2.3 化學(xué)滲透法
某些有機(jī)溶劑(如苯、甲苯)、抗生素、表面活性劑、金屬螯合劑、變性劑等化學(xué)藥品都可以改變細(xì)胞壁或膜的通透性從而使內(nèi)合物有選擇地滲透出來(lái)。其作用機(jī)理;化學(xué)滲透取決于化學(xué)試劑的類型以及細(xì)胞壁和膜的結(jié)構(gòu)與組成。
3. 物理法
3.1 反復(fù)凍溶法
原理:因突然冷凍,細(xì)胞內(nèi)冰晶的形成及胞內(nèi)外溶劑濃度的突然改變而破壞細(xì)胞。
方法:將待破碎的細(xì)胞在-20度以下冰凍,室溫融解,反復(fù)幾次,由于細(xì)胞內(nèi)冰粒形成和剩余細(xì)胞液的鹽濃度增高引起溶脹,使細(xì)胞結(jié)構(gòu)破碎。
3.3 急熱驟冷法
將材料投入沸水中,維持85-90分鐘,至水浴中急速冷卻,此法可用于細(xì)菌及病毒材料。
就目前超聲波儀器主要有超聲波振蕩器以及超聲波粉碎儀等。
其優(yōu)點(diǎn)是保持細(xì)胞活性,省時(shí),樣品損失少,可以處理大量樣品。因此超聲波細(xì)胞粉碎儀的不斷發(fā)展和改進(jìn),對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)的貢獻(xiàn)是十分可觀的。 超聲波細(xì)胞粉碎儀進(jìn)行超聲粉碎破碎是目前在生物生產(chǎn)中最常用的破碎方法。對(duì)不同菌種的發(fā)酵液。超聲破碎的效果差別較大。一般地,桿菌比球菌較易破碎,革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞比革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌細(xì)胞較易破碎,對(duì)酵母菌的效果較差。
超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)便,液量損失少,適合實(shí)驗(yàn)室規(guī)模。缺點(diǎn):成本高;易引起溫度的劇烈上升;在大規(guī)模操作中,聲能傳遞和散熱困難,產(chǎn)生的化學(xué)自由基團(tuán)易使產(chǎn)物失活,所以其影響了其在大規(guī)模的工業(yè)上的應(yīng)用。
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