プログラマブル超音波ディスラプター:繰り返し可能な超音波処理ワークフローの構築

実験室でハンドヘルドホモジナイザー以上の制御が必要な場合、プログラム可能な超音波ディスラプターが解決策となるかもしれません。細胞を破壊し、粒子を分散させ、懸濁液を均質化し、核酸をせん断し、さらなる分析のためのサンプル準備を行うことができます。

この楽器は使いやすくなっています。課題は、実験室が回収したい材料に損傷がなく、試料の過熱もない状態で適切に処理できる条件を見つけることです。

ここでプログラム可能な制御が役立ちます。オペレーターはボタンを押し続けることなく、音で結果を判断せずに振幅や処理時間、パルスサイクル、限界温度、または総エネルギーを設定できます。最適化された方法が確立された後は、その最適化条件を次の試料でも繰り返すことができます。

超音波破壊の仕組み

超音波ディスラプターは、電力を機械的な振動に変換する装置です。その振動はプローブに伝わり、コンバーターによって液体試料内に挿入されます。

プローブが液体中で高速で動くと圧力変化が生じ、微小な液体の気泡が形成されます。これらの気泡は成長したり縮小したりし、キャビテーションと呼ばれます。局所で発生する力は細胞膜を破壊し、集合体を破壊し、より良い混合や分散を可能にすることがあります。

実用的な使い方としては、プローブは小さな面積に莫大な機械的エネルギーを発生させています。このため、プローブソニックは迅速に行うことができますが、敏感なターゲットに悪影響を及ぼしたり、実験中に泡を発生させることもあります。

なぜプログラム可能な制御が重要なのか

2つのサンプルは同じ期間処理しても、同じ処理を受けることはできません。

液体中の超音波エネルギーの移動は、サンプルの体積、粘度、温度、プローブの直径、浸漬深度、容器の形状などによって影響を受けます。プログラム可能な計測器により、操作者は現実的に標準化可能な変数を制御できます。

現代の超音波プロセッサは、振幅調整、タイミング動作、パルスモード、エネルギー表示、エネルギー設定値、温度監視などを備えています。

これらの機能は便利であるだけでなく、実用的でもあります。これらは方法をより簡単に記録し、サンプルがどのように処理されたかを正確に説明してくれます。

以下の「1分間超音波検査」は不十分な方法です。プローブの種類、振幅設定、パルスサイクル、総処理時間、サンプル量、温度制御方法、容器の種類を指定すべきです。

最大ワット数ではなく、開始振幅を使いましょう

おそらく最大の誤りは、より多くのワット数が各サンプルに入る電力が増えると考えてしまうことです。

振幅はプローブの先端の動きを示す指標であり、音響強度とより直接的に関連しています。装置で使用される電力は、試料、プローブ、粘度、動作条件によって変動します。方法を再現する必要がある場合、振幅、温度、粘度、サンプルの体積を同じに保つことが重要だとSonicsは言います。

手法を開発する際は、まず適度な振幅から始め、最初は最も高い振幅を使わないようにしましょう。小さなテストサンプルを走らせ、結果を見て、必要に応じてプロセスの強度を上げてください。

過度な超音波検査は細胞の破壊を促進する可能性がありますが、高温、泡立ち、プローブの摩耗、感受性タンパク質や細胞構造への損傷を引き起こします。

したがって、適切な振幅は用途によって異なります。細胞の溶解やナノ粒子の分散、細胞小器官の調製、DNAの剪断は同じとは期待されません。

パルスモードで熱を制御

連続超音波検査では試料の温度を急速に上昇させることができます。これはタンパク質、酵素、膜構造、その他の温度感受性材料を使用する際に重要です。

細胞破壊の機械的手法は局所的な加熱を生み出し、それがタンパク質の変性や凝集を引き起こすことがあります。したがって、タンパク質の品質を保存するにはサンプルの品質の保存が重要であり、そのためにはサンプルを冷蔵保存する必要があります。

パルスモードは、ソニックとリラクゼーションのサイクルです。オフサイクルでは、試料が次のバースト前にプローブの周囲で冷却・沈降する時間が与えられます。また、機器マニュアルには熱の蓄積を抑え、処理の一貫性を高めるために断続的な操作も記載されています。

パルスモードは温度管理の必要性をなくすわけではありません。管は小さいものの、特に高振幅時には急速に加熱されることがあります。それでも氷浴、冷却ホルダー、温度プローブ、またはプログラムされた温度カットオフを使う必要がある場合があります。

プローブがサンプル体積と一致していることを確認しましょう

使用されるプローブの種類には大きな影響があります。

小さなマイクロチップは、小さな要素に力を集め、その小さな場所で高強度になることがあります。パワーが強ければ多いほど、プローブも大きくなります。メーカーの説明書からもわかるように、プローブ直径と実際の処理量は高い相関関係にありますが、値の終端範囲はプロセスによって異なります。

小さなサンプルに対して大きすぎるプローブは、飛び散ったり過熱したりすることがあります。大きな容器の小さな先端は処理の不均一を引き起こし、処理時間が不必要に長くなることがあります。

プローブは液体に効率的にエネルギーを移すのに十分な深さを保ちつつ、液体サンプルに過剰な空気を吸い込むほど深くはない必要があります。振動中は容器の底や側面に触れてはいけません。

容器の形状も重要です。狭い容器でエネルギーを集中させる場合、広いビーカーとは異なる集中方法があり、同じ研究で異なるチューブや容器を使うと、器具の設定が同じでも結果が変わることがあります。

サンプルを中心に手法を構築する – CSTA 2014年、セクション2、12年生、ストランドB、タスク3

通常、数回の短い試行を経て、音響測定の適切な方法が見つかります。

まずは実際のサンプルタイプ、サンプルサイズ、濃度、バッファー、そしてルーチン分析に使用される容器から始めます。サンプルを冷蔵保存しなければなりません;適切なプローブを選びましょう。中程度の振幅と短いパルスを使ってください。

実際の目標をシミュレートする方法で各試行の結果をレビューします。これには顕微鏡検査、タンパク質収率、酵素活性、粘度、または遠心分離後の澄清が含まれます。粒子サイズ測定や粒子分散のための視覚的安定性を含む場合があります。

サンプルの濁度や透明度で成功を評価しないでください。標的タンパク質の活性低下は、サンプルが現れる前に起こっていた可能性があります。

許容条件が確定したら、その条件を慎重に記録し、複数の独立したサンプルでテストを繰り返します。方法の信頼性を試す最良の方法は、同じことを繰り返すことです。

実験室でよく使われる材料

この種のプログラム可能な超音波破壊装置は、以下の分野で広く採用されています。

• 細菌や哺乳類の細胞壁の破壊。細菌や哺乳類の細胞壁の崩壊。
• 組織の予備切除の後には組織均質化が必要です。予備切除後は組織を均質化する必要があります。
• これはタンパク質および核酸サンプルの準備に必要な手順をカバーしています。タンパク質および核酸のサンプル調製。
• DNAによるクロマチン剪断、またはクロマチン剪断。DNAやクロマチンのせん断。
• 粒子とナノ粒子の分散。
• 乳化
• 脱集
• 抽出と混合
• サスペンションの準備が難しいこと。難しいサスペンションを出すのが難しい。

細胞溶解には超音波処理などいくつかの物理的手法があります。最適な方法は、細胞の種類、サンプルサイズ、下流の適用範囲、抽出対象物質の感度によって異なります。

低強度処理やその他の破壊技術が繊細な細胞小器官や容易に破壊されるタンパク質により適している場合は、その技術を用いてください。

避けるべき一般的な操作上の問題があります

泡立ちは通常、プローブが液体の表面に近すぎるか、試料が過剰に処理されていることが原因です。プローブのわずかな降下、振幅の低下、パルスサイクルの変化が役立つことがあります。

破壊が悪い理由は、振幅が低すぎる、誤ったプローブを使用している、サンプルの量が多すぎる、サンプルが適切な深さで浸されていない、または総処理時間が短すぎることです。

時には、結果が一貫性を欠くために複数の変数が変更されることもあります。方法は使用するチューブ、試料の開始温度、粘度、プローブの試料への浸透深度、体積によって異なります。

機械的な音が聞こえたり、奇妙な音が聞こえたら無視してはいけません。プローブの緩み、プローブの先端の損傷、または組立ミスの可能性もあります。その後、さらなる処理を行う前に、機器を停止して点検する必要があります。

プローブの先端もキャビテーション侵食によって侵食されます。表面が損傷するとエネルギーの伝達が妨げられ、金属粒子が試料に導入される可能性があります。プローブを頻繁に点検し、メーカーの指示に従って交換してください。

安全に作業

コンバーターを固定するには適切なスタンドとクランプを使い、不安定な組み立てにはしないでください。

しかし、超音波処理装置は可聴音を発生させ、メーカーのガイドラインでは使用時には聴覚保護具の着用が推奨されています。防音ケージは曝露を減らし、飛び散りやエアロゾルも防げます。

生物学的物質を適切に取り扱い、保管し、実験室の安全手順を遵守してください。プローブの深さを制御し、エアロゾルの発生や発泡を最小限に抑える必要があります。サンプル間ですすぎ、プローブとサンプルの両方に効果的な適切なすすぎ方法でプローブを除染します。

結論

結果は振幅、パルスサイクル、プローブのサイズ、試料の体積、温度、試料が容器にどれだけ深さを含んでいるか、そして容器の形状によって影響を受けます。最も難しいペースは良いスタート地点ではありません。

信頼できるワークフローは、短くよく管理された試験から始まり、その後適切な下流テストで結果を評価し、さらに十分な情報が収集されて別のオペレーターが再行できるようにします。

よくある質問

Q1。 プログラマブル超音波破壊装置は何に使われますか?

細胞溶解、均質化、粒子分散、DNAせん断、乳剤、抽出、および液体処理のさまざまな応用に用いられます。

Q2。 より良い高振幅の方が良いですか?

いいえ。振幅が増加すると音響処理の強度も増加しますが、加熱、発泡、プローブの摩耗、試料損傷の増加を引き起こす可能性があります。

Q3。 なぜパルスモードが使われるのか?

パルスモード:超音波バーストの間の休息期間。これにより熱の蓄積を減らし、材料をプローブの周りに戻すことができます。

Q4。 プローブの最適なサイズはどのくらいですか?

サンプル容器の体積、サイズ、必要な処理強度はすべてプローブで一致させる必要があります。小さな先端は小容量に適し、大きなプローブは大容量に適しています。

Q5。 超音波検査の結果を再現可能にするにはどうすればいいですか?

プローブ、振幅、パルスサイクル、体積、温度、浸漬深度、サンプル組成。