Що таке ультразвукове дроблення?
Фрагментація клітин є важливим етапом у процесі виробництва рекомбінантних білків. Десятиліттями ультразвукова фрагментація клітин була лабораторним методом відбору. Цей процес вимагає високої ультразвукової амплітуди, придатної для суспензії клітин, що створює значні сили зсуву. Сила зсуву є результатом сильної ультразвукової кавітації, яка генерує інтенсивні асиметричні вакуумні бульбашки імплозії та викликає мікроструми, що спричиняє розрив клітинної стінки. Однак через обмеження традиційної ультразвукової технології промислове впровадження цього методу не може не зменшити амплітуду ультразвукових хвиль і силу зсувних зусиль, створюваних кавітацією, таким чином погіршуючи ефективність процесу розтріскування. Ультразвукові клітинні лізери промислового масштабу мають таку ж ефективність лізису, що й лабораторне обладнання, забезпечуючи при цьому вищу продуктивність.
Традиційні ультразвукові системи обробки рідин включають ультразвукові інструментальні головки зі зменшеним діаметром у вихідному напрямку та можуть забезпечити високу ультразвукову амплітуду лише тоді, коли вихідний кінець дуже малий. Посилення процесу вимагає переходу на інструментальну головку з більшим вихідним діаметром, яка може виводити ультразвукову енергію на більший об’єм робочої рідини, зберігаючи високу амплітуду. Однак, якщо вихідний діаметр традиційних інструментальних головок збільшити до промислово прийнятного розміру, їх максимальна амплітуда значно зменшиться і буде недостатньою для пошкодження клітин. Таким чином, використання традиційних високоамплітудних ультразвукових процесорів обмежується лабораторними дослідженнями, які не можуть бути безпосередньо посилені. Завдяки дослідженням і розробкам FUNSONIC це обмеження було успішно подолано, і були створені експериментальні та промислові ультразвукові процесори, які можуть генерувати надзвичайно високі амплітуди та працювати безперервно.
Руйнування клітин Saccharomyces cerevisiae:
Ми провели експерименти ультразвукової ферментації з використанням ультразвукового рідинного процесора експериментального рівня та ультразвукового процесора пілотного масштабу та отримали такі дані:
Вихідні кристали допоміжної речовини із середнім розміром частинок 15,4 мкм суспендують в органічному розчиннику з масовою часткою 5%. Поверхнево-активні речовини та інші речовини не використовувалися. Суспензію циркулюють через камеру реактора зі швидкістю 4 л/хв в резервуар для зберігання і перемішують протягом 2 годин. Реакційна камера оснащена ромбоподібним рупором зі штангою діаметром 32 міліметри і амплітудою 90 мікрон. Під час роботи охолоджуюча вода контролюється регулятором температури реакційної камери, щоб протікати через корпус, підтримуючи температуру суспензії на рівні 25 градусів C.
Після 2 годин обробки ультразвуком середній необхідний розмір частинок становить приблизно 0,4 мікрометра (400 нанометрів). Для промислового виробництва ця програма може використовувати промисловий ультразвуковий процесор потужністю 3000 Вт, що збільшить продуктивність у 5 разів.
Ультразвук є простим і ефективним методом для отримання профільованих нанокристалів. Завдяки використанню алмазних інструментальних головок цей процес можна безпосередньо розширити, дозволяючи досягати лабораторних результатів у промислових виробничих середовищах.
