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超聲分離微孔板中的細胞

發布時間:2020-9-22瀏覽量:15820

1927年,化學家Wood和Loomis認可了強烈的高頻聲波在液體中傳播的影響。他們發表了有關超 聲對乳化,膠體分散,小而易碎的物體破碎以及紅色分餾的影響的觀察結果。 無需使用裂解酶或 去污劑的血球。 盡管他們的工作引起了人們的極大興趣,但直到1950年代中期,隨著高效壓電換 能器的大量生產,大功率,低成本的超聲設備才變得可用于研究和工業應用。

在高強度超聲應用中使用壓電技術的兩個主要產品是超聲波清洗器和超聲液體處理器。 超聲波 清洗器對于其預期的應用清潔效果非常好; 但是,它們的強度低,固定和不均勻會在一定程度 上限制其使用范圍。 另一方面,超聲波處理器具有更多用途,是需要可預測的高強度超聲波能 量的應用的首選儀器。

超聲波處理器包括三個主要組件:超聲波電源(發生器),轉換器和探頭。

超聲電源將50/60 Hz的電壓轉換為高頻(20 kHz)電能。將該電壓施加到轉換器內的壓電晶體上, 然后在此轉換為較小的機械振動。轉換器的縱向振動被探頭放大,并作為超聲波由交替的壓縮和 稀疏作用傳遞給液體。這些壓力波動導致液體由于負壓而在稀疏階段破裂,從而形成數百萬個微 小的氣泡(腔)。當波前通過且氣泡在壓縮階段受到正壓時,它們會振蕩并最終增長為不穩定的 尺寸。最終,氣泡爆裂;產生數百萬個沖擊波和渦流,使其從坍塌部位向外輻射,并在爆炸部位 產生極端的壓力和溫度。盡管這種現象(稱為氣穴現象)持續了幾微秒,并且每個氣泡釋放的能 量很小,但累積的能量卻非常高。

由于這些年來開發的各種專用配件,超聲處理器現已在實驗室中廣泛使用。 典型的應用包括: 細胞和組織分解以獲取酶和代謝產物; 毒性研究; 樣品制備; 酶聯免疫吸附測定(ELISA); 酶 學用于RNA,DNA和PCR標記的蛋白質純化:雜交; 受體結合研究; 脂質體制劑; 微乳液 萃 取; 分解; 解散 催化化學反應; 和納米顆粒的生產。

用超聲波處理這些應用程序比以前的程序在生產率上有了巨大的飛躍。 但是,該方法依賴于將單 個手持式超聲探頭手動插入試管或孔中,因此在處理微孔板時變得費力費時。 為了解決這個問題, 幾年前設計了一種方法,該方法使用普通的超聲波清洗器或專門設計的用作超聲波清洗器的盤形反 應池通過能量通過微孔板壁間接地處理樣品。 盡管目的是同時且相同地處理所有孔,但研究人員 對其再現性并不滿意。 這是由于以下事實:微板壁和微板的組成部分吸收了大部分能量,制造商 之間的公差差異很大。

為了提高生產率并改善可重復性,Sonics&Materials,Inc.(康涅狄格州紐敦)于1982年推出了4 頭探針。 最近,為了滿足基因組學和蛋白質組學實驗室的高通量要求,該公司開發了另外兩個多頭探針。

為了重復性,至關重要的是每個細胞內的強度要一致且可預測。 該公司已經成功制造了四種元素 探針,已有20年的歷史。 然而,當他們嘗試開發包含八種和二十四種頭的探針時,原型的重復性 低于預期。 使用超聲波技術,要振動的區域越大,振幅均勻分布的可能性就越小。 在產生了許多 有限元分析(FEA)模型并在現場花費了許多時間之后,該公司現在可以為研究人員提供可行的 省時工具,從而對工作量產生有利影響。 在組裝之前,檢查每個探針以確保其共振頻率和長度在 公差范圍內。 組裝完畢后,對多元素探頭通電并再次用光纖儀器進行檢查,以確保每個探頭尖端 的偏移量均符合要求。

多元素探針由20 kHz磨頭和微尖端組成,這些微尖端設計用于一次處理4個,8個或24個深孔樣品。 1.5-2.0 ml微管 和10ml試管。 典型的自動化系統包含一個750W微處理器控制的超聲波處理器,一 個多頭探頭和一個x-y定位系統。 一個處理周期包括定位板,在預定的持續時間內給超聲波通電, 沖洗探針以及重復該過程,直到所有樣品孔都被處理完為止。 該系統占用的空間極小,一旦啟動, 便可以無人值守運行,直到所有印版都已處理完畢。 因為處理的持續時間,強度水平和浸入深度 是高度可控的,所以轉移到每個孔中的能量本質上是相同且可重復的,從而確保了協議重復性。

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