Thiết bị phá vỡ siêu âm lập trình được: Xây dựng quy trình siêu âm lặp lại

Khi phòng thí nghiệm cần kiểm soát nhiều hơn so với thiết bị đồng nhất cầm tay, một thiết bị phá vỡ siêu âm lập trình có thể là giải pháp. Có thể làm rối loạn tế bào, phân tán các hạt, đồng nhất hóa dịch dịch, cắt axit nucleic hoặc chuẩn bị mẫu để phân tích thêm.

Thiết bị này rất dễ sử dụng. Thách thức là tìm ra điều kiện xử lý mẫu đúng cách mà không gây hư hại cho vật liệu mà phòng thí nghiệm muốn thu hồi, và mẫu không bị quá nhiệt.

Đây là lúc điều khiển lập trình phát huy tác dụng. Người vận hành có thể thiết lập biên độ và/hoặc thời gian xử lý, chu kỳ xung, nhiệt độ giới hạn hoặc tổng năng lượng mà không cần giữ nút và không cần đánh giá kết quả qua âm thanh. Sau khi phương pháp tối ưu được thiết lập, các điều kiện tối ưu có thể được lặp lại cho các mẫu tiếp theo.

Cách hoạt động của Gián đoạn Siêu âm

Thiết bị phá vỡ siêu âm là một thiết bị chuyển đổi công suất điện thành rung động cơ học. Rung động đó được truyền đến đầu dò, đầu dò được đặt vào mẫu chất lỏng bởi bộ chuyển đổi.

Khi đầu dò di chuyển với tốc độ cao trong chất lỏng, sẽ tạo ra sự thay đổi áp suất gây ra sự hình thành các bong bóng vi mô của chất lỏng. Những bọt khí này phát triển và co lại, được gọi là hiện tượng xâm thực. Các lực tạo ra ở khu vực địa phương có thể khiến màng tế bào bị phá vỡ, các cụm tế bào bị phá vỡ và cho phép trộn lẫn hoặc phân tán tốt hơn.

Về mặt sử dụng thực tế, đầu dò đang gây ra một lượng lớn năng lượng cơ học lên một khu vực nhỏ. Đó là lý do tại sao siêu âm bằng đầu dò có thể nhanh chóng, nhưng cũng có thể gây hại cho mục tiêu nhạy cảm hoặc gây bọt trong thí nghiệm.

Tại sao điều khiển lập trình lại quan trọng

Hai mẫu có thể được xử lý trong cùng một khoảng thời gian, nhưng không được xử lý như nhau.

Sự chuyển động của năng lượng siêu âm qua chất lỏng sẽ bị ảnh hưởng bởi: thể tích mẫu, độ nhớt, nhiệt độ, đường kính đầu dò, độ sâu ngâm và hình dạng bình chứa. Thiết bị có thể lập trình cho phép người vận hành kiểm soát các biến số có thể được chuẩn hóa một cách thực tế.

Các bộ xử lý siêu âm hiện đại có thể điều chỉnh biên độ, hoạt động theo thời gian, chế độ xung, hiển thị năng lượng, các điểm đặt năng lượng và giám sát nhiệt độ.

Những chức năng này không chỉ tiện lợi mà còn hữu ích. Họ làm cho phương pháp dễ dàng được tài liệu hóa hơn và giải thích chính xác cách một mẫu được xử lý.

Phương pháp sau: "siêu âm trong một phút." là một phương pháp chưa đủ. Nó nên chỉ rõ loại đầu dò, cài đặt biên độ, chu kỳ xung, tổng thời gian xử lý, thể tích mẫu, phương pháp kiểm soát nhiệt độ và loại bình chứa.

Sử dụng biên độ khởi đầu, không phải công suất tối đa

Có lẽ sai lầm lớn nhất là nghĩ rằng nhiều watt hơn = công suất lớn hơn cho mỗi mẫu.

Biên độ là thước đo chuyển động đầu dò của đầu dò, và liên quan trực tiếp hơn đến cường độ siêu âm. Công suất sử dụng của thiết bị sẽ thay đổi tùy thuộc vào điện trở tạo ra bởi mẫu, đầu dò, độ nhớt và điều kiện hoạt động. Khi một phương pháp cần được tái tạo, điều quan trọng là phải giữ biên độ, nhiệt độ, độ nhớt và thể tích mẫu giữ nguyên, Sonic cho biết.

Khi phát triển phương pháp, hãy bắt đầu với biên độ vừa phải và đừng dùng biên độ cao nhất ngay từ đầu. Chạy một mẫu thử nhỏ, xem kết quả và chỉ tăng cường độ quá trình nếu cần thiết.

Siêu âm quá mức có thể dẫn đến sự rối loạn tế bào tốt hơn, nhưng cũng gây nhiệt độ cao hơn, tạo bọt, mòn đầu dò và tổn thương các protein nhạy cảm hoặc cấu trúc tế bào.

Do đó, biên độ thích hợp phụ thuộc vào ứng dụng. Việc phân hủy tế bào và/hoặc phân tán các hạt nano, chuẩn bị bào quan và/hoặc cắt DNA không nên được kỳ vọng là giống nhau.

Kiểm soát nhiệt với chế độ Pulse

Với siêu âm liên tục, nhiệt độ mẫu có thể tăng nhanh chóng. Điều này rất quan trọng khi sử dụng protein, enzyme, cấu trúc màng hoặc các vật liệu nhạy cảm với nhiệt độ khác.

Các phương pháp phá vỡ tế bào cơ học có thể tạo ra nhiệt cục bộ, dẫn đến biến tính hoặc kết tụ protein. Do đó, việc bảo tồn chất lượng mẫu là rất quan trọng nếu muốn bảo vệ chất lượng protein, và vì mục đích này, mẫu nên được giữ lạnh.

Chế độ xung là sự luân phiên giữa siêu âm và thư giãn. Trong chu kỳ ngắt, mẫu được cho thời gian nguội và ổn định quanh đầu dò trước khi có đợt nổ tiếp theo. Hoạt động gián đoạn cũng được đề cập trong sách hướng dẫn thiết bị để giúp giảm tích tụ nhiệt, từ đó tăng tính nhất quán trong quá trình xử lý.

Chế độ xung sẽ không loại bỏ nhu cầu kiểm soát nhiệt độ. Mặc dù các ống nhỏ, chúng có thể nóng lên rất nhanh, đặc biệt ở biên độ cao. Vẫn có thể cần sử dụng bồn đá, giá đỡ lạnh, cảm biến nhiệt độ hoặc chế độ ngắt nhiệt độ có lập trình.

Đảm bảo đầu dò khớp với Thể tích Mẫu

Có ảnh hưởng đáng kể từ loại đầu dò được sử dụng.

Một đầu vi mô nhỏ thu năng lượng vào một phần tử nhỏ, có thể có cường độ cao ở một điểm nhỏ. Công suất càng lớn thì vật liệu càng lớn thì đầu dò càng lớn. Theo hướng dẫn của nhà sản xuất, đường kính đầu dò và khối lượng xử lý thực tế có mối liên hệ chặt chẽ nhưng phạm vi giá trị cuối cùng phụ thuộc vào quy trình.

Một đầu dò quá lớn so với mẫu nhỏ có thể bị bắn tung tóe và/hoặc quá nhiệt. Một đầu nhỏ trong bình lớn có thể gây ra quá trình xử lý không đều và kéo dài thời gian xử lý không cần thiết.

Đầu dò nên đủ sâu để truyền năng lượng vào chất lỏng một cách hiệu quả nhưng không quá sâu để hút quá nhiều không khí vào mẫu chất lỏng. Trong quá trình rung lắc, nó không được tiếp xúc với đáy hoặc thành bình chứa.

Hình dạng của các thùng cũng rất quan trọng. Nếu dùng bình hẹp để tập trung năng lượng, nó có thể tập trung năng lượng khác với bình rộng và sử dụng ống hoặc bình khác trong cùng một nghiên cứu có thể thay đổi kết quả, ngay cả khi thiết lập thiết bị giống nhau.

Xây dựng phương pháp dựa trên mẫu – CSTA 2014, Mục 2, Lớp 12, Nhánh B, Nhiệm vụ 3

Thông thường, một phương pháp siêu âm âm thanh được tìm ra sau vài lần thử ngắn.

Bắt đầu với loại mẫu thực tế, kích thước mẫu, nồng độ, đệm và hộp đựng dự kiến dùng cho phân tích định kỳ. Phải giữ mẫu lạnh; Chọn một probe phù hợp. Sử dụng biên độ trung bình và xung ngắn.

Xem xét kết quả của mỗi thử nghiệm bằng một phương pháp mô phỏng mục tiêu thực tế. Điều này có thể là kính hiển vi, sản lượng protein, hoạt động enzyme, độ nhớt và/hoặc quá trình làm trong sau ly tâm. Nó có thể bao gồm đo kích thước hạt và/hoặc độ ổn định thị giác để phân tán hạt.

Đừng đánh giá thành công dựa trên mức độ đục hay độ rõ nét của mẫu. Sự mất hoạt động của protein mục tiêu có thể đã xảy ra trước khi mẫu xuất hiện.

Sau khi xác định được điều kiện chấp nhận được, hãy ghi chép kỹ lưỡng các điều kiện và lặp lại xét nghiệm với một số mẫu độc lập. Không có cách nào tốt hơn để kiểm tra độ tin cậy của một phương pháp ngoài việc để nó lặp lại.

Các vật liệu phổ biến sử dụng trong phòng thí nghiệm

Loại thiết bị phá vỡ siêu âm lập trình được này được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực sau:

• Sự phá vỡ thành tế bào của vi khuẩn và động vật có vú. Sự phân hủy thành tế bào vi khuẩn và động vật có vú.
• Việc cắt mô sơ bộ cần được tiếp nối bởi quá trình đồng nhất mô. Mô nên được đồng nhất sau khi cắt sơ bộ.
• Điều này bao gồm các quy trình cần thiết để chuẩn bị mẫu protein và axit nucleic. Chuẩn bị mẫu protein và axit nucleic.
• Cắt chromatin bằng DNA hoặc cắt chromatin. Cắt DNA hoặc chromatin.
• Sự phân tán của các hạt và hạt nano.
• nhũ hóa
• Phân tán thành phố
• Chiết xuất và trộn
• Khó khăn trong việc chuẩn bị hệ thống treo. Khó khăn trong việc thực hiện các lệnh treo khó khăn.

Có một số phương pháp vật lý khác nhau có thể được sử dụng để tiêu hủy tế bào, chẳng hạn như siêu âm. Phương pháp phù hợp nhất sẽ phụ thuộc vào loại tế bào, kích thước mẫu, ứng dụng tiếp theo và độ nhạy của vật liệu cần chiết xuất.

Nếu kỹ thuật xử lý cường độ thấp hoặc gián đoạn khác phù hợp hơn với các bào quan mỏng manh hoặc protein dễ bị phá hủy, hãy sử dụng kỹ thuật đó.

Có những vấn đề vận hành phổ biến mà bạn nên tránh

Hiện tượng tạo bọt thường do đầu dò quá gần bề mặt chất lỏng và/hoặc mẫu được xử lý quá mạnh. Một chút hạ thấp đầu dò, giảm biên độ hoặc thay đổi chu kỳ xung có thể hữu ích.

Nguyên nhân gây gián đoạn kém là do biên độ quá thấp, đầu dò không phù hợp, dùng quá nhiều mẫu, mẫu không được ngâm ở độ sâu phù hợp, hoặc thời gian xử lý tổng thể quá ngắn.

Đôi khi một số biến số được thay đổi khiến kết quả không nhất quán. Phương pháp này có thể thay đổi tùy thuộc vào loại ống sử dụng, nhiệt độ ban đầu của mẫu, độ nhớt, độ sâu thâm nhập của đầu dò vào mẫu và thể tích.

Khi nghe thấy tiếng động cơ học hoặc bất thường, không nên bỏ qua. Nó có thể là dấu hiệu của đầu dò bị lỏng, đầu đầu dò bị hỏng hoặc lắp ráp sai. Thiết bị nên được dừng lại và kiểm tra trước khi tiến hành xử lý tiếp theo.

Đầu dò cũng bị xói mòn do xói mòn bằng cavitation. Nếu bề mặt bị hư hại, việc truyền năng lượng sẽ được thực hiện và các hạt kim loại có thể được đưa vào mẫu. Kiểm tra đầu dò thường xuyên và thay thế theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

làm việc an toàn

Sử dụng chân đế và kẹp đúng cách để cố định bộ chuyển đổi, không làm cho bộ lắp ráp không ổn định.

Tuy nhiên, các bộ xử lý siêu âm sẽ phát ra âm thanh nghe được và hướng dẫn của nhà sản xuất khuyến nghị sử dụng bảo vệ thính giác khi sử dụng. Vỏ bọc âm thanh sẽ giúp giảm tiếp xúc và cũng ngăn chặn các tia bắn tung tóe hoặc khí dung.

Xử lý và kiểm soát vật liệu sinh học đúng cách, đồng thời tuân thủ các quy trình an toàn phòng thí nghiệm. Việc kiểm soát độ sâu đầu dò nên được thực hiện để giảm thiểu sự hình thành aerosol và tạo bọt. Rửa giữa các mẫu và khử nhiễm đầu dò bằng quy trình rửa phù hợp hiệu quả cho cả đầu dò và mẫu.

Kết thúc

Kết quả bị ảnh hưởng bởi biên độ, chu kỳ xung, kích thước đầu dò, thể tích mẫu, nhiệt độ, độ sâu của mẫu vào bình chứa và hình dạng của bình. Nhịp độ khó nhất không phải là điểm khởi đầu tốt.

Một quy trình làm việc đáng tin cậy bắt đầu từ các thử nghiệm ngắn, kiểm soát tốt, sau đó chuyển sang kiểm tra hậu cung thích hợp để đánh giá kết quả, và sau đó thu thập đủ thông tin để người vận hành khác có thể lặp lại.

Câu hỏi thường gặp

Câu hỏi 1. Thiết bị phá vỡ siêu âm lập trình được dùng để làm gì?

Dùng cho phân hủy tế bào, đồng nhất hóa, phân tán hạt, cắt DNA, nhũ tương, chiết xuất và nhiều ứng dụng khác cho xử lý lỏng.

Câu hỏi 2. Biên độ cao hơn tốt hơn?

Không. Tăng biên độ sẽ làm tăng cường độ siêu âm, tuy nhiên có thể dẫn đến tăng nhiệt, tạo bọt, mài mòn đầu dò và làm hỏng mẫu.

Câu hỏi 3. Tại sao lại sử dụng Chế độ Xung?

Chế độ xung: Khoảng nghỉ giữa các đợt siêu âm. Điều này sẽ giúp giảm tích tụ nhiệt và đưa vật liệu trở lại quanh đầu dò.

Câu hỏi 4. Kích thước tối ưu của đầu dò là bao nhiêu?

Thể tích, kích thước bình mẫu và cường độ xử lý cần thiết đều phải được đầu dò điều chỉnh. Đầu nhỏ phù hợp với thể tích nhỏ và đầu dò lớn phù hợp với thể tích lớn.

Câu hỏi 5. Làm thế nào để làm cho kết quả siêu âm có thể tái tạo được?

Đầu dò, biên độ, chu kỳ xung, thể tích, nhiệt độ, độ sâu ngâm, thành phần mẫu.