Ultrasonidos interrupción celular

Tipos de disrupción celular por ultrasonido

La disrupción celular por ultrasonido es un proceso que rompe las células para liberar su contenido. Utiliza ondas sonoras de alta frecuencia para crear cambios de presión que dañan las paredes celulares. Existen diferentes tipos de dispositivos que realizan esta función:

• Sonificadores de sonda:

  Los sonificadores de sonda utilizan una pequeña sonda metálica que se introduce en un vaso o frasco con líquido. La sonda vibra hacia arriba y hacia abajo, enviando ondas sonoras al líquido para disrumpir las células en él. A veces se les llama homogeneizadores o disruptores ultrasónicos. Funcionan bien para volúmenes pequeños de líquido, pero el vaso debe ser enfriado para evitar daños por calor a las muestras.

• Sonificadores de baño:

  Los sonificadores de baño tienen un contenedor que sostiene múltiples frascos o tubos con las muestras. Toda la unidad se coloca en un baño de limpieza ultrasónico. Este baño envía ondas sonoras a través de todo el contenedor, alcanzando todas las muestras. Los sonificadores de baño pueden procesar más muestras a la vez que los modelos de sonda. Sin embargo, pueden no disrumpir las células tan eficazmente como los tipos de sonda.

• Sonificadores de flujo continuo:

  Los sonificadores de flujo continuo están diseñados para cantidades mayores de líquido. Tienen una bomba que mueve el líquido a través de una cámara. Potentes ondas ultrasónicas disrumpen las células mientras el líquido fluye a través de la cámara. Estas unidades pueden manejar grandes volúmenes de líquido de manera continua sin procesamiento por lotes. Esto las hace ideales para aplicaciones a gran escala.

• Tanques ultrasónicos:

  Los tanques ultrasónicos utilizan ondas ultrasónicas producidas por transductores colocados en el exterior del tanque. Estos transductores envían ondas que crean “puntos calientes” en el líquido dentro del tanque, disrumpiendo las células. Los tanques son adecuados para la disrupción celular de alto volumen y tienen opciones de flujo continuo. También se pueden utilizar para otros procesos como mezclar, extraer o limpiar.

Cómo elegir la disrupción celular por ultrasonido

• Capacidad de volumen: Diferentes modelos de disruptores o homogeneizadores ultrasónicos tienen capacidades de volumen variadas. Elegir un modelo que cumpla con el volumen requerido para la disrupción es esencial. Algunos modelos manejan volúmenes pequeños, mientras que otros pueden gestionar volúmenes mayores. También hay modelos que pueden manejar tanto volúmenes pequeños como grandes con los accesorios adecuados.
• Frecuencia: La frecuencia de las ondas ultrasónicas producidas también afectará el proceso de disrupción. Frecuencias más altas producirán emulsiones o dispersiones más finas, mientras que frecuencias más bajas producen emulsiones más gruesas. Elegir un modelo que opere a la frecuencia requerida para cumplir con el resultado deseado es esencial.
• Potencia de salida: La potencia de salida del disruptor ultrasónico determinará su efectividad en la disrupción de las células. Una mayor potencia de salida puede disrumpir células más complejas de manera más rápida y eficiente. Es importante elegir un modelo con una potencia de salida que cumpla con los requisitos de disrupción.
• Durabilidad: Un disruptor ultrasónico es una inversión a largo plazo; por lo tanto, es esencial considerar la calidad de construcción y los materiales utilizados en la fabricación. Un modelo construido con materiales de alta calidad y durables durará más y resistirá entornos de laboratorio o industriales exigentes.
• Facilidad de uso: Algunos modelos de disruptores ultrasónicos son más complejos que otros en cuanto a operación y configuración. Es esencial elegir un modelo que sea fácil de usar para los usuarios primerizos y el personal experimentado. Algunos fabricantes proporcionan manuales completos y soporte al cliente para ayudar a los usuarios a comenzar.
• Costo: El costo del disruptor ultrasónico también afectará la decisión de compra. Es esencial elegir un modelo que se ajuste al presupuesto y cumpla con todas las características requeridas. Hay muchos disruptores ultrasónicos asequibles en el mercado que no comprometen la calidad por el costo.
• Soporte al cliente: Al comprar un disruptor ultrasónico, es esencial considerar el soporte al cliente del fabricante. Algunos fabricantes ofrecen un soporte al cliente integral, que incluye soporte telefónico y por correo electrónico, para ayudar a los usuarios a resolver problemas. Otros proporcionan piezas de repuesto y servicios de reparación de los que los usuarios pueden beneficiarse en caso de mal funcionamiento.

Cómo usar, instalar y seguridad del producto

• Preparar solución buffer:

  Prepare una solución buffer apropiada para las células o tejidos que se van a disrumpir. Los buffers comunes incluyen solución salina tamponada con fosfato (PBS) o buffer Tris, dependiendo de los requisitos de pH y fuerza iónica.

• Preparación de células/tejidos:

  Si va a disrumpir células cultivadas, lávelas con solución buffer y centrifúgelas para recoger el pellet. Para muestras de tejido, córtelas en trozos pequeños para facilitar la penetración del ultrasonido.

• Cargar muestra:

  Transfiera la suspensión de células o tejidos a un contenedor adecuado, como un vial de vidrio o un vaso. Asegúrese de que el volumen de la muestra sea apropiado para la sonda ultrasónica que se está utilizando.

• Aplicar ultrasonido:

  Encienda el dispositivo ultrasónico e sumerja la sonda en la muestra. Si está utilizando un sonificador de tipo sonda, inserte la sonda en la muestra en un lugar específico. Observe la temperatura, duración y configuraciones de potencia recomendadas para la disrupción.

• Monitorear el progreso:

  Durante la ultrasonificación, monitoree visualmente la muestra en busca de cambios como un aumento en la turbidez o formación de espuma, lo que indica lisis celular. Dependiendo del tipo de célula, la disrupción puede ocurrir en segundos a minutos.

• Enfriar la muestra:

  Si la disrupción se prolonga, enfríe periódicamente la muestra para evitar daños por calor a los componentes celulares. Use paquetes de hielo o un baño de agua para mantener la temperatura deseada.

• Evaluar la eficiencia de disrupción:

  Después de la ultrasonificación, evalúe la eficiencia de disrupción evaluando la lisis celular o la homogeneización del tejido. Técnicas como microscopía, espectrofotometría o centrifugación pueden determinar el grado de disrupción celular.

Funciones, características y diseño de la disrupción celular por ultrasonido

Funciones:

• Lisis celular:

  La tecnología de ultrasonido interfiere en las membranas celulares, liberando el contenido dentro de la célula para su posterior estudio o extracción. Este proceso se llama lisis y se utiliza en diversas aplicaciones, incluida la extracción de biomoléculas valiosas como proteínas, enzimas y ácidos nucleicos de células microbianas o vegetales.

• Emulsificación:

  Otra función del ultrasonido en la disrupción celular es crear emulsiones estables dispersando un líquido en otro. Esto es especialmente útil en las industrias farmacéutica y cosmética, donde crear emulsiones estables mejora la efectividad de cremas y ungüentos.

• Degradación de partículas más grandes:

  El ultrasonido también puede degradar partículas más grandes en tamaños más pequeños y manejables en algunas ocasiones. Esto es particularmente útil en plantas de tratamiento de aguas residuales, donde grandes agregados de lodo pueden ser descompuestos para un procesamiento más eficiente.

Características:

• Frecuencia y potencia:

  Una característica importante de esta tecnología es la frecuencia y potencia utilizadas, que afectan significativamente la eficiencia y efectividad del proceso de disrupción celular. Frecuencias y niveles de potencia más altos tienden a producir lisis celular y emulsificación más efectivas.

• Sonodas y baños:

  Las sondas ultrasónicas (sonificadores) y los baños (contenedores llenos de agua que vibran a frecuencias ultrasónicas) son herramientas esenciales en esta tecnología. Las sondas son dispositivos de mano con una punta de titanio que emite ondas ultrasónicas a través de una varilla metálica afilada. Por otro lado, los baños ultrasónicos tienen transductores en la parte inferior que envían ondas sonoras a través del agua.

• Temperatura y presión controladas:

  Muchos sistemas de disrupción celular por ultrasonido están diseñados para funcionar bajo condiciones controladas de temperatura y presión. Esto permite un control más preciso sobre los parámetros del proceso y puede mejorar la eficiencia general de la lisis celular o emulsificación.

Diseño:

• Diseño del transductor:

  Un aspecto clave del diseño es el transductor, que es responsable de convertir la energía eléctrica en ondas ultrasónicas. El diseño del transductor puede afectar la eficiencia y efectividad del proceso de disrupción celular. Algunos transductores tienen una forma compacta y cilíndrica, mientras que otros tienen un diseño plano y en forma de disco.

• Longitud y diámetro de la sonda:

  La longitud y el diámetro de las sondas ultrasónicas utilizadas en la disrupción celular también pueden impactar el proceso. Las sondas más largas pueden llegar más profundo en las muestras, mientras que las más cortas son más adecuadas para aplicaciones en superficie. El diámetro afecta la intensidad de las ondas ultrasónicas producidas, siendo los diámetros más pequeños los que generan energía más enfocada.

• Forma y tamaño del tanque:

  Para los baños ultrasónicos, la forma y el tamaño del tanque son consideraciones de diseño importantes. Los contenedores de forma irregular pueden tener puntos muertos donde no penetran ondas sonoras, reduciendo la eficiencia general. Los tanques rectangulares o cuadrados proporcionan una distribución más uniforme de las ondas sonoras a través del agua.

Preguntas y Respuestas

Q1. ¿Cuánto tiempo debe funcionar la sonda en una solución acuosa que contenga células para la disrupción?

A1. El tiempo de disrupción depende de la concentración de las células, el tipo de células y la potencia de la sonda. Como guía, si la concentración celular está dentro de un rango razonable y las células son bacterias, 30 minutos deberían ser suficientes. Se aconseja probar la muestra después de 30 minutos y luego proceder según sea necesario.

Q2. ¿Cuál es la viscosidad máxima que se puede disrumpir con este método?

A2. Se pueden disrumpir hasta 15000 cps utilizando este método. Viscosidades más altas pueden requerir métodos alternativos de disrupción, como mezclar o agitar, junto con ultrasonido.

Q3. ¿Se pueden extraer enzimas utilizando este método?

A3. Sí, muchos tipos diferentes de enzimas han sido extraídos y purificados utilizando este método. Las temperaturas y los tiempos se pueden ajustar para obtener los resultados deseados.

Q4. ¿Funciona este método en células vegetales, animales o fúngicas?

A4. Este método funciona en varios tipos de células, incluidas bacterias, células vegetales, levaduras y células animales. El tipo de células que se están disrumpiendo determinará el disolvente utilizado y la temperatura de la sonda.

Q5. ¿Cuáles son algunas ventajas de utilizar ultrasonido para la disrupción celular?

A5. Algunas ventajas incluyen métodos de disrupción de bajo costo y alto rendimiento que son fáciles de usar. El método es respetuoso con el medio ambiente y no requiere el uso de disolventes tóxicos. Además, el tiempo de disrupción es corto y se puede completar en 30-60 minutos.