压力细胞破碎仪

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。

超声波细胞破碎仪是利用一种超声波在液体中产生的空化效应而使目标细胞破碎的多功能、多用途的仪器。超声波细胞破碎仪的原理：由换能器将电能转换为超声能，超声能量作用于液体介质产生密集的空泡，随着空泡的生长破裂，产生巨大的剪切力及高温高压，从而起到将目标细胞破碎乳化的目的。超声波细胞破碎仪用途广泛：1、超声波提取生物纳米在超声波化学反应中，由空化效应产生的强压力脉冲，能够产生许多化学合成所要求的高温高压，超声波化学合成所利用的正是空化效应的能量，利用这些能量能在一些特殊粉末表面合成出需要的纳米粒子。 2、超声波制药（1）注射用药的细化、均化——将磷脂类与胆固醇混合用适当方法与药物混合在水溶液中，经超声细化、均化得到更小的利于静脉注射的微小药物粒子。（2）中草药提取——利用超声分散破坏植物组织，加速溶剂穿透组织作用，提高中草药有效成分提取率。如金鸡纳树皮中全部生物碱用一般方法侵出需5小时以上，采用超声分散只要半小时即可完成。（3）制备混悬剂——在超声空化和强烈搅拌下，将一种固体药物分散在含有表面活性剂的水溶液中，可以形成1um左右口服或静脉注射混悬剂。例如“静注喜树碱混悬剂”、“肝脏造影剂”、“硫酸钡混悬剂”等。（4）疫苗制备——将细胞或病菌借助于超声作用将其杀死以后，再用适当方法制成疫苗。 3、超声波对化妆品的分散为了更进一步提取药物精华和粒子微细化，并节约生产成本，达到分散、乳化效果，使化妆品更深入渗透到肌肤里层，让肌肤很好的吸收，发挥药物的效力和作用，采用超声波乳化可达到非常理想的效果。 4、超声波对酒的醇化酒味醇厚的主要影响因素是酸的形成、酯化。刚出厂的白酒含有戍醇，有辛辣味，传统制造时，这种气味要经过很长时间贮藏才能使酒味变醇。而利用超声波处理的白酒可使酒的老熟时间缩短1/3到1/2。超声波细胞破碎仪可以并且已经被广泛用于生物化学、微生物学药理学、物理学、动物学、农学、医学、制药等领域的教学、科研、生产。

[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]