徐工講課 超聲波細(xì)胞破碎儀

一、工作原理

1. 超聲波產(chǎn)生：儀器通過(guò)高頻電子振蕩器產(chǎn)生 15kHz~50kHz 的高頻電信號(hào)（常用 20kHz~30kHz）。

2. 能量轉(zhuǎn)換：換能器將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為高頻機(jī)械振動(dòng)（超聲波振動(dòng)），振動(dòng)通過(guò)探頭（變幅桿）傳遞到液體樣本中。

3. 空化效應(yīng)與剪切力：
   超聲波在液體中傳播時(shí)，會(huì)產(chǎn)生周期性的壓力變化，形成大量微小氣泡（空化泡）。這些氣泡在壓力作用下迅速膨脹、破裂（空化效應(yīng)），瞬間釋放巨大能量，產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波和剪切力，從而破碎細(xì)胞結(jié)構(gòu)（如細(xì)胞膜、細(xì)胞壁），達(dá)到裂解樣本的目的。

二、核心參數(shù)

• 頻率：常用 15kHz~50kHz，低頻（如 15kHz~20kHz）適合破碎堅(jiān)硬樣本（如細(xì)菌、植物細(xì)胞），高頻（如 30kHz~50kHz）適合敏感樣本（如動(dòng)物細(xì)胞），可減少熱損傷。

• 功率：一般為 50W~2000W，功率越大，破碎能力越強(qiáng)，但需匹配樣本量（小樣本用低功率，避免過(guò)熱）。

• 處理量：從幾十微升（微量離心管）到幾十升（工業(yè)級(jí)設(shè)備）不等，實(shí)驗(yàn)室常用機(jī)型處理量多為 0.5mL~500mL。

• 溫控功能：多數(shù)儀器配備低溫冷卻系統(tǒng)（如冰水浴、循環(huán)水冷），因?yàn)槌暡ㄕ駝?dòng)會(huì)產(chǎn)生熱量，高溫可能破壞樣本中的生物活性物質(zhì)（如酶、蛋白質(zhì)、核酸）。

• 探頭類(lèi)型：根據(jù)樣本容器和體積選擇，常見(jiàn)有尖形探頭（微量樣本）、平板探頭（大體積或培養(yǎng)皿樣本）、杯式探頭（避免交叉污染）等。

三、主要應(yīng)用場(chǎng)景

1. 細(xì)胞 / 細(xì)菌破碎：

• 裂解細(xì)菌（如大腸桿菌、鏈球菌）、真菌、酵母、植物細(xì)胞（含細(xì)胞壁）、動(dòng)物細(xì)胞等，釋放 intracellular 成分（如蛋白質(zhì)、核酸、酶、代謝物）。

2. 樣本乳化與分散：

• 制備納米顆粒懸浮液、脂質(zhì)體、乳液（如食品中的均質(zhì)化處理）。

3. 其他應(yīng)用：

• 降解高分子物質(zhì)（如淀粉、纖維素）、加速化學(xué)反應(yīng)（超聲輔助萃?。?、處理土壤樣本提取污染物等。

四、優(yōu)勢(shì)與局限性

• 優(yōu)勢(shì)：

• 操作簡(jiǎn)便，可快速處理樣本（幾秒至幾分鐘）；

• 破碎效率高，能處理多種類(lèi)型的生物樣本；

• 適合小體積樣本，且可通過(guò)探頭設(shè)計(jì)減少交叉污染。

• 局限性：

• 產(chǎn)生的熱量可能破壞熱敏性物質(zhì)（需配合冷卻）；

• 高功率下可能導(dǎo)致樣本中核酸斷裂（需控制時(shí)間和功率）；

• 對(duì)大量樣本處理效率較低（工業(yè)級(jí)設(shè)備可緩解此問(wèn)題）。

五、使用注意事項(xiàng)

1. 樣本預(yù)處理：

• 避免樣本中含有堅(jiān)硬顆粒（如沙子），以免損壞探頭；

• 對(duì)于高濃度樣本，可適當(dāng)稀釋?zhuān)岣咂扑榫鶆蛐浴?/p>

2. 溫控保護(hù)：

• 長(zhǎng)時(shí)間操作時(shí)，需開(kāi)啟冷卻系統(tǒng)（如冰水?。虿捎?“工作 - 暫?！?交替模式（如工作 30 秒，暫停 30 秒），防止樣本過(guò)熱。

3. 探頭維護(hù)：

• 每次使用后及時(shí)清洗探頭（用去離子水或酒精擦拭），避免殘留樣本腐蝕；

• 探頭浸入液體深度適中（一般 1~2cm），避免空載運(yùn)行（空轉(zhuǎn)會(huì)損壞換能器）。

4. 安全防護(hù)：

• 超聲波可能對(duì)人體聽(tīng)力造成影響，建議佩戴耳塞；

• 操作時(shí)避免探頭接觸容器壁，以防產(chǎn)生噪音和損壞容器。

六、常見(jiàn)品牌

• 進(jìn)口品牌：美國(guó) Sonics、德國(guó) Bandelin、日本 SMT、英國(guó) Cole-Parmer 等，以高精度和穩(wěn)定性著稱(chēng)。

• 國(guó)產(chǎn)品牌：寧波新芝、南京先歐、上海比朗等，性?xún)r(jià)比高，適合常規(guī)實(shí)驗(yàn)室需求。