高压破碎细胞仪

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。

[b][font=微软雅黑][size=10.5pt]一、机械破碎法：[/size][/font][/b][font=微软雅黑][size=10.5pt][font=微软雅黑]是指利用捣碎机、研磨器或匀浆器[/font] [font=微软雅黑]等将细胞破碎开来[/font] [font=微软雅黑]。[/font][/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt]1. 高速组织捣碎：将材料配成稀糊状液，放置于筒内约1/3体积，盖紧筒盖，将调速器先拨至最慢处，开动开关后，逐步加速至所需速度。此法适用于动物内脏组织、植物肉质种子等。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt]2. 玻璃匀浆器匀浆：先将剪碎的组织置于管中，再套入研杆来回研磨，上下移动，即可将细胞研碎，此法细胞破碎程度比高速组织捣碎机为高，适用于量少和动物脏器组织。[/size][/font][b][font=微软雅黑][size=10.5pt]二、物理破碎法：[/size][/font][/b][font=微软雅黑][size=10.5pt]指利用温度差、压力差或超声波等将细胞破碎开来。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt]1．用一定功率的超声波处理细胞悬液，使细胞急剧震荡破裂(借助超声的震动力破碎细胞壁和细胞器）。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt]机制：可能与强声波作用溶液时，气泡产生、长大和破碎的空化现象有关，空化现象引起的冲击波和剪刀力使细胞裂解。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt]超声波破碎的效率取决于声频、声能、处理时间、细胞浓度和细胞类型等。（使用时注意降温，防止过热）。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt]2. 高压破碎：细胞悬浮液从高压室的环状隙喷射到静止的撞击环上，被迫改变方向经出口管流出。此过程中细胞经历了高速造成的剪切的碰撞及高压到常压的变化，从而破碎释放内含物。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt]这是一种温和的、彻底破碎细胞的较理想的方法。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt]3. 反复冻融法：将细胞在-20度以下冰冻，室温融解，反复几次，由于细胞内冰粒形成和剩余细胞液的盐浓度增高引起溶胀，使细胞结构破碎。[/size][/font][b][font=微软雅黑][size=10.5pt]三、化学破碎法：[/size][/font][/b][font=微软雅黑][size=10.5pt][font=微软雅黑]指利用甲醛、丙酮等有机溶剂或表面活性剂作用于细胞膜，使细胞膜的结构遭到破坏或透性发生改变[/font] [font=微软雅黑]。[/font][/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt][font=微软雅黑]有些动物细胞，例如肿瘤细胞可采用十二烷基磺酸钠（[/font]SDS）、去氧胆酸钠等细胞膜破坏。浓度一般为1mg/ml。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt][font=微软雅黑]四、酶学破碎法[/font] [font=微软雅黑]：[/font][/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt]选用合适的酶，使细胞壁遭到破坏，进而在低渗溶液中将原生质体破碎开来。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt]细菌细胞壁较厚，可采用溶菌酶处理效果更好。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt][font=微软雅黑]裂解液标准配方[/font]: ：50mM Tris-HCl(pH8.5~9.0), 2mM EDTA, 100mM NaCl, 0.5% Triton X-100, 1mg/ml溶菌酶。(溶菌酶在这个pH范围内比较好发挥作用) 。[/size][/font][font=微软雅黑][size=10.5pt][font=微软雅黑]综合叙述：无论用哪一种方法破碎组织细胞，都会使细胞内蛋白质或核酸水解酶释放到溶液中，使大分子生物降解，导致天然物质量的减少，加入二异丙基氟磷酸（[/font]DFP）可以抑制或减慢自溶作用；加入碘乙酸可以抑制那些活性中心需要有疏基的蛋白水解酶的活性，加入PMSF也能清除蛋白水解酶活力，但不是全部，而且应该在破碎的同时多加几次；另外，还可通过选择pH、温度或离子强度等，使这些条件都要适合于目的物质的提取。[/size][/font]

超声波细胞破碎仪是利用超声波在液体中的分散效应,使液体产生空化的作用,从而使液体中的固体颗粒或细胞组织破碎。常规使用方法是把要破碎的材料放到烧杯中，开电源设定时间（震动时间和间歇时间），将破碎仪的探头放到材料中。使用过程中，超声波发生器电路将50/60Hz的市电转换成18-21KHz的高频高压电能，因此破碎过程中会大量产热，一般在冰浴下破碎。超声波细胞破碎仪的两大组成部件为超声波发生器和换能器（有的配置有隔音箱）。1、超声波发生器：工作原理：由信号发生器来产生一个特定频率的信号，这个特定频率就是换能器的频率，一般应用在超声波设备中的超声波频率为20KHz、25KHz、28KHz、33KHz、40KHz、60KHz。2、换能器组件：换能器组件主要由换能器和变幅杆组成。3、隔音箱：可以有效地的降低工作过程中的所发出的噪音，保持实验室安静。超声波细胞破碎仪在我国的行业推广已进入成熟阶段，而应用仍不够普及!该仪器(设备)应用范围非常广泛，这是其它仪器设备所不能比拟的。也正因如此，该仪器(设备)的市场潜力很大，所以生产厂家也日趋增多，这也同时造成了超声清洗行业及市场的相对混乱，可以用八个字来形容“鱼龙混杂，良莠不齐”!超声波细胞破碎仪分类如下：一、按探头（“tip”）直径分类处理不用体积的样品需要选择不同“tip”头的超声波破碎仪。由于各制造厂家的产品结构不同，其“tip”头直径不尽相同。一般“tip”头从微量5mm(适合1ml处理量)到25mm(适合1000ml处理量)，有连续流探头，处理量可达80升/小时。可能会发生磨损的高能应用中会用到可更换“tip”头。当能量通过“tip”头被传递时，金属表面留下痕迹的地方会发生腐蚀。随着时间的推移，发生腐蚀的地方会产生轻微的蚀损斑。“tip”头可以用砂纸或纱布来打磨，除非是损坏到一定的程度；当这种情况发生时，“tip”头将很难进行调谐频率，取而代之的可能是发出长而尖的噪音，最终产生裂纹。 要有效地加工给定剂量的样品，有两个主要的因素需要考虑：“tip”头尺寸和输出功率。这两个因素必须同时匹配才能获得最佳效果。小功率大“tip”头，则“tip”头无法工作；而太大的功率则“tip”头可能损坏。购买时请注意所需型号附件。二、按功率分类超声波细胞破碎仪的功率大小是客户的首选指标，它决定着被破碎物的数量、大小、质量及效果。所以各生产厂家对此指标也都非常重视。一般情况下，实验室、化验室、研究所、药品检验所等科研单位，使用的功率都不大，（一般在500W以下）；而生物公司、制药厂、化工企业等生产单位，所用的功率大都在500W-2000W左右。由于各制造厂家的产品结构不同，其功率的标注方法也不尽相同。不过按照用户常用的惯例，一般有以下几种：50W、100W、150W、250W、300W、350W、500W、1000W、2000W。一般超声波细胞破碎仪输出功率可根据需要适度调节。 标准超声波细胞粉碎机产品的额定工作频率是20千赫兹。一些超声波细胞粉碎机有自动调谐功能可以使频率在一个小的范围内变化。