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高压细胞破碎机应用

省部重点实验室

2012/05/17

常用设备综合讨论

目前国内对细胞破碎机的研究局限于实验研究,仅对某种结构均质阀的均质效果进行验证与分析,或是选择结构参数。实验研究的局限性使这种分析不够全面。高压细胞破碎机是目前生物工程领域广泛使用的一种细胞破碎机。作者结合近期国外对高压细胞破碎机的理论研究工作,应用半经验半理论的方法,分析探讨了高压细胞破碎机的均质理论。

高压细胞破碎机的结构及工作原理：

高压细胞破碎机由高压泵和破碎阀两部分组成,高压泵通常采用柱塞往复泵,其结构与一般柱塞泵相同。破碎阀安装在柱塞泵的排出管路上,一般由阀芯和阀座构成,阀芯和阀座的结构形式对破碎效果、能耗以及阀的磨损影响极大。国外对破碎阀的结构进行了大量研究,设计出许多不同结构的破碎阀,研究主要围绕下列问题进行：1，在较低操作压力下提高破碎效果2，提高阀的使用寿命。意大利Niro Soavi公司为此，开发出R型细胞破碎阀，经过多年的实际使用，获得用户的认可。

高压细胞破碎机工作原理：

高压细胞破碎机有一个或数个往复运动的柱塞，物料在柱塞作用下进入可调节压力大小的阀组中，经过特定宽度的限流缝隙（工作区）后，瞬间失压的物料以极高的流速（1000米/秒，最高可达1500米/秒）喷出，碰撞在阀组件之一的碰撞环上，产生三种效应：

空穴效应：被柱塞压缩的物料内积聚了极高的能量，通过限流缝隙时瞬间失压，造成高能释放引起空穴爆炸，致使物料强烈粉碎细化。（主要应用于均质）

撞击效应：物料通过可调节限流缝隙的以上述极高的线速度，喷射到用特殊材料制成的碰撞环上，造成物料粉碎。（主要应用于细胞破碎）

剪切效应：高速物料通过泵腔内通道和阀口狭缝时会产生剪切效应。（主要应用于乳化）经过这三种效应处理过的物料可均匀细化到0.1μm-2μm粒径。

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细胞破碎（大肠杆菌，酵母菌等）
利用大肠杆菌、酵母菌的菌种进行细胞培养，然后提取细胞内酶、蛋白质等活性的产物是生物工程中的重要技术。而其中很重要的一步工艺就是细胞破碎。
保持细胞活性
保持细胞活性的最重要参数是温度和时间，物料在高压均质阀内部的约0.01秒的瞬间，在高压泵的作用下，能力释放根据柏努利方程，温度会上升到大约30～40℃。通过均质阀后在循环冷却机的作用下，温度在2~3秒作用会下降到10℃以下，所以物料在30～40℃的条件下仅仅维持最多3秒钟，不会对生物活性物质有任何影响。

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