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細胞破碎儀的原理|應用

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細胞破碎儀進行粉碎破碎是目前在生物生產中最常用的破碎儀器。對不同菌種的發酵液。破碎的效果差別較大。一般地,桿菌比球菌較易破碎,革蘭氏陰性細菌細胞比革蘭氏陽性細菌細胞較易破碎,對酵母菌的效果較差。按照是否存在外加作用力,細胞破碎儀的破碎方法可分為機械法和非機械法兩大類。機械破碎中細胞所受的機械作用力主要有壓縮力和剪切力,非機械破碎主要利用化學或生化試劑(如酶)改變細胞壁或細胞膜的結構而釋放胞內物質。

細胞破碎儀
細胞破碎方法

細胞破碎方法

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細胞破碎儀的原理|分類|應用

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  細胞破碎儀是利用外力破壞細胞膜和細胞壁,使細胞內容物成分釋放出來的儀器。細胞破碎儀優點是保持細胞活性,省時,樣品損失少,可以處理大量樣品。因此細胞破碎儀的不斷發展和改進,對實驗生產的貢獻是十分可觀的。

細胞破碎儀的工作原理

  破碎細胞的目的是使細胞壁和細胞膜受到不同程度的破壞(增大滲透性)或破碎、釋放其中的目標產物,主要采用的方法有機械法和非機械法兩大類。

  機械破碎處理量大,破碎速度較快,時間短,效率較高,是工業規模細胞破碎的重要手段,細胞受到擠壓,剪切和撞擊作用,易被破碎在許多情況下,細胞內含物全部釋放出來,由于機械攪拌產生熱量,破碎要采用冷卻措施,機械破碎主要的方法有珠磨法、高壓勻漿法、撞擊破碎法和超聲波等方法。

細胞破碎儀的工作原理.jpg

細胞破碎儀的破碎技術

  在生物產物的分離提取中,如果目標物質為胞外產物(如霉菌產生的糖化酶等),其提取過程較簡單,只需直接進行固液分離,獲得澄清的濾液,再進行分離純化操作;如果目標物質為胞內產物或多細胞生物組織中的各種生物分子(如堿性磷酸酶等胞內酶、部分外源基因表達產業或植物細胞產物等),都需要事先將細胞或組織破碎,使目標物質充分釋放到溶液中而且不失去生物活性。

  不同的生物體或同一生物體的不同部位的組織,其細胞破碎的難易程序不一,細胞破碎儀使用的方法也不相同,如動物臟器的細胞膜較脆弱,容易破碎,植物和微生物由于具有較堅固的纖維素,半纖維素組成的細胞壁,要采取專門的細胞破碎方法。

細胞破碎儀的分類

  根據細胞破碎儀所應用的原理,可分為超聲波法細胞破碎儀、高壓勻漿法細胞破碎儀、高速珠磨法細胞破碎儀。

  1、超聲波細胞破碎儀

  超聲波細胞破碎儀就是將電能通過換能器轉換為聲能,這種能量通過液體介質而變成一個個密集的小氣泡,這些小氣泡迅速炸裂,產生的大量的能量,從而起到破碎細胞等物質的作用。

  2、高壓勻漿細胞破碎儀

  高壓勻漿細胞破碎儀可大規模破碎細胞,高壓勻漿器由

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高壓細胞破碎儀

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  細胞破碎儀進行粉碎破碎是目前在生物生產中最常用的破碎儀器。主要使用范圍是生物學、微生物學、動物學、農學、制藥等領域。在教學、科研、生產、生物化學、藥物化學、表面化學的方面有重要意義。

高壓細胞破碎法

  高壓細胞破碎法破碎微生物細胞速度快,胞內產物損失小,設備容易放大,受到生物化工學術界的重視。高壓細胞破碎法所用設備是高壓細胞破碎儀,它由高壓泵和細胞破碎閥組成。

  從高壓室(幾十到幾百兆帕)壓出的細胞懸浮液經過閥座的中心孔道,從閥座和閥之間的小環隙中噴出,速度可達每秒幾百米。這種高速噴出的漿液又射到靜止的撞擊環上,被迫改變方向從出口管流出。細胞在這一系列過程中經歷了高速造成的剪切、碰撞以及由高壓到常壓的變化,從而造成細胞的破碎。

  影響破碎率的因素:細胞壁、壓力、溫度、通過高壓細胞破碎儀的次數等。

細胞破碎儀的工作原理.jpg

高壓細胞破碎儀的工作原理

  高壓細胞破碎儀有一個或數個往復運動的柱塞,物料在柱塞作用下進入可調節壓力大小的閥組中,經過特定寬度的限流縫隙(工作區)后,瞬間失壓的物料以極高的流速(1000-1500米/秒)噴出,碰撞在碰撞閥組件之一的沖擊環上,產生三種效應:空穴效應、撞擊效應、剪切效應。經過這三種效應處理過后,物料粒徑可均勻細化到100nm以下,破碎率大于95%。

  高壓細胞破碎儀對細胞進行擠壓破碎,使樣品均勻并完全的碎裂,特別適用于厚壁細胞、細菌和較濃樣品的破碎,具有無噪音、溫升少、無金屬離子污染等特點。用于蛋白質研究、核酸提取及細胞破碎領域,廣泛應用于大專院校、科研單位的生物實驗室及藥廠。

高壓細胞破碎儀的特點

  高壓細胞破碎儀的進樣破碎出樣全過程,浸泡在冰水混合物中,保持生物樣品活性。運用的壓力技術指標(207Mbar),可以滿足用戶使用要求最小樣品處理量。運用使用壽命長金剛石破碎閥,其耐磨性是陶瓷或碳化鎢材料的數十倍至近百倍主機使用液壓動力。

  高壓細胞破碎儀在高壓狀態下可任意

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  細胞破碎是提取胞內產物的關鍵步驟,破碎方法的得當與否,直接影響到所提取產品的產量、質量和生產成本。實驗室對組織細胞的破碎方法很多,有機械方法、物理方法、化學方法和生物化學方法等。

細胞破碎條件

  在破碎前,材料常需要預處理,如動物材料要除去與實驗無關甚至有妨礙的結締組織,脂肪組織和血污等,植物種子需要除殼,微生物材料需將菌體和發酵液成分分開等。

  不同實驗規模、不同實驗材料和實驗要求,使用的破碎方法和條件也不同。一些堅韌組織,如肌肉、植物的根莖等,常需要強烈的攪拌或研磨作用,才能把其組織細胞破壞。而比較柔軟的組織如肝、腦等,用普通的玻璃勻漿器即可達到完全破壞細胞的目的。

  對同一實驗材料,由于實驗要求不同,采用的破碎方式也存在一定差異,如提取中的核酸和提取其中的核苷酸,前者必須保持十分溫和的條件,以保持分子的完整性;后者可采用強烈手段。

細胞破碎條件.jpg

機械法細胞破碎

  主要通過機械切力的作用使組織細胞破碎的方法,常用的器械有組織搗碎機、勻漿器、研缽和研磨、壓榨器等。

  1、組織搗碎機

  將材料配成稀糊狀液,放置于筒內約1/3體積,蓋緊筒蓋,將調速器先撥至最慢處,開動開關后,逐步加速至所需速度。一般用于動物組織、植物肉質種子、柔嫩的葉芽等,轉速可高達10000rpm/M以上。由于旋轉刀片的機械切力很大,制備一些較大分子如核酸則很少使用。

  2、勻漿器

  先將剪碎的組織置于管中,再套入研桿來回研磨,上下移動,即可將細胞研碎。勻漿器的研缽磨球和玻璃管內壁之間間隙保持在十分之幾毫米距離。制作勻漿器的材料,除玻璃外,還可以用硬質塑料、不銹鋼、人造熒光樹脂等。此法細胞破碎程度比高速組織搗碎機為高,適用于量少和動物臟器組織。

  存在的問題:較易造成堵塞的團狀或絲狀真菌,較小的革蘭氏陽性首以及有些亞細胞器,質地堅硬,易損傷勻漿閥,也不適合用該法處理。

  3、研缽

  多用于細菌或其他堅硬植物材料,研磨時常

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