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超聲波細胞粉碎機原理及應用

來源:江蘇天翎儀器有限公司   2025年07月01日 12:55  

超聲波細胞粉碎機(又稱超聲波破碎儀或超聲裂解儀)是一種利用超聲波的空化效應、機械效應和熱效應來破碎細胞、分散顆?;虼龠M化學反應的設備。其核心原理是通過高頻超聲波(通常20kHz–1MHz)在液體中產生高頻振動,形成微小的氣泡并瞬間崩潰(空化效應),釋放巨大能量,從而破壞細胞結構或分散物質。

工作原理

  1. 空化效應

    • 超聲波探頭(換能器)將電能轉化為高頻機械振動(通常15-50kHz),在液體中形成疏密交替的聲波。

    • 聲波負壓 phase 時,液體中產生微小氣泡(空化核);正壓 phase 時氣泡急速崩潰,局部產生高溫(約5000K)、高壓(約500atm)和高速微射流,破壞細胞膜或顆粒團聚體。

  2. 機械效應

    • 超聲波的高頻振動直接產生剪切力,使細胞或組織在物理作用下破碎。

  3. 熱效應

    • 部分超聲波能量轉化為熱能,可能導致樣品升溫,通常需配合冰浴或間歇操作以避免蛋白變性。


主要應用領域

  1. 生物領域

    • 細胞破碎:提取胞內蛋白、DNA、RNA(如細菌、酵母、植物細胞)。

    • 細胞器分離:破碎后差速離心獲取線粒體、葉綠體等。

    • 病毒滅活:通過空化效應破壞病毒衣殼。

  2. 納米材料

    • 納米顆粒分散:防止團聚(如碳納米管、金屬納米顆粒)。

    • 納米材料制備:輔助合成或剝離二維材料(如石墨烯)。

  3. 化學與工業(yè)

    • 乳化作用:制備均一乳液(如燃料、化妝品)。

    • 催化反應:加速化學反應(聲化學)。

  4. 食品與醫(yī)藥

    • 提取活性成分:如植物多糖、精油。

    • 藥物遞送系統(tǒng):制備脂質體或微球。

  5. 環(huán)境檢測

    • 樣品前處理:加速土壤、水體中污染物的提取。


注意事項

  • 參數(shù)優(yōu)化:需根據(jù)樣品類型調整超聲功率、時間、脈沖間隔(避免過熱)。

  • 溫度控制:敏感樣品需冰浴或使用冷卻系統(tǒng)。

  • 探頭選擇:不同體積/黏度樣品需匹配探頭尺寸(如微量樣品用微探頭)。

超聲波細胞粉碎機因其高效、非接觸的特點,在科研和工業(yè)中廣泛應用,但需合理操作以避免樣品降解或儀器損壞。

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