細(xì)胞破碎是指利用外力破壞細(xì)胞膜和細(xì)胞壁，釋放細(xì)胞，包括目標(biāo)產(chǎn)物成分。它是非分泌生化物質(zhì)（產(chǎn)品）分離和純化細(xì)胞內(nèi)合成的基礎(chǔ)。結(jié)合重組DNA在技術(shù)和組織培養(yǎng)技術(shù)方面取得了重大進(jìn)展，蛋白質(zhì)現(xiàn)在可以大規(guī)模生產(chǎn)。但由于細(xì)菌、酵母、真菌、植物細(xì)胞壁的成分不同，同類(lèi)細(xì)胞形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也不同，細(xì)胞壁的強(qiáng)度也不同。雖然動(dòng)物細(xì)胞沒(méi)有細(xì)胞壁，但它們有細(xì)胞膜，也需要一定的超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)來(lái)破碎樣品，以達(dá)到提取產(chǎn)品的目的。

　　一、細(xì)胞破碎方法

　　1.機(jī)械法

　　1.1組織搗碎

　　將材料制成稀釋液，放置在氣缸中約1/3的體積，蓋住氣缸蓋，先將調(diào)速器撥到最慢的地方，開(kāi)關(guān)后逐漸加速到所需的速度。一般用于動(dòng)物組織、植物肉質(zhì)種子、嫩葉芽等，轉(zhuǎn)速可達(dá)1萬(wàn)rpm/M以上。由于旋轉(zhuǎn)刀片的機(jī)械切割力很大，很少使用核酸等大分子。

　　1.2勻漿器

　　先將切碎的組織放入管內(nèi)，然后套入研磨桿來(lái)回研磨，上下移動(dòng)，即可將細(xì)胞研碎。均漿器的磨球與玻璃管內(nèi)壁之間的間隙保持在幾毫米的距離。制作勻漿器的材料，除玻璃外，還可以用硬質(zhì)塑料、不銹鋼、人造熒光樹(shù)脂等。細(xì)胞破碎程度高于高速組織破碎機(jī)，適用于少量動(dòng)物器官組織。

　　存在的問(wèn)題：團(tuán)體或絲狀真菌容易造成堵塞。較小的革蘭氏陽(yáng)性頭和一些亞細(xì)胞器質(zhì)地堅(jiān)硬，容易損壞均勻的，不適合使用此方法。

　　1.3研缽

　　主要用于細(xì)菌或其它硬質(zhì)植物材料，研磨時(shí)經(jīng)常加入少量石英砂、玻璃粉或其它研磨劑，以提高研磨效果。

　　1.4細(xì)菌磨

　　它是一種改良的研磨機(jī)，研磨面積比研碗大，出口低。在操作過(guò)程中，先將細(xì)菌和磨粉混合成糊狀，每次加入一個(gè)小勺子，磨20-30秒即可完全磨碎細(xì)菌細(xì)胞。

　　2.化學(xué)及生物化學(xué)法

　　2.1自溶法

　　在一定pH并在適當(dāng)?shù)臏囟认?，利用組織細(xì)胞內(nèi)的酶系統(tǒng)破碎細(xì)胞。甲苯、氯仿等少量防腐劑常用于防止細(xì)胞污染。

　　2.2酶溶法

　　細(xì)胞壁被各種水解酶分解，如溶菌酶、纖維素酶、蝸牛酶、半纖維素酶、脂肪酶等。有些細(xì)菌對(duì)溶菌酶不敏感，加入少量的硫基試劑或8摩爾尿素進(jìn)行溶解。

　　2.3化學(xué)滲透法

　　一些有機(jī)溶劑（如苯、甲苯）、抗生素、表面活性劑、金屬螯合劑、變性劑和其他化學(xué)物質(zhì)可以改變細(xì)胞壁或膜的滲透性，從而有選擇地滲透內(nèi)合物?；瘜W(xué)滲透取決于化學(xué)試劑的類(lèi)型、細(xì)胞壁和膜的結(jié)構(gòu)和組成。

　　3.物理法

　　3.1反復(fù)凍溶法

　　原理：細(xì)胞內(nèi)冰晶的形成和細(xì)胞內(nèi)外溶劑濃度的突然變化。方法:將破碎的細(xì)胞在-20度以下冷凍，在室溫下融化，重復(fù)幾次，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)因細(xì)胞內(nèi)冰粒形成和殘留細(xì)胞液鹽濃度升高而膨脹。

　　3.2急熱驟冷法

　　將材料投入沸水中，維持85-90分鐘，至水浴中急速冷卻，此法可用于細(xì)菌及病毒材料。

　　二、超聲波細(xì)胞粉碎機(jī)原理

　　超聲波是物質(zhì)介質(zhì)中的彈性機(jī)械波，是一種波動(dòng)形式，可用于檢測(cè)人體的生理和病理信息，診斷超聲波。同時(shí)，它也是一種能量形式。當(dāng)一定劑量的超聲波在生物體內(nèi)傳播時(shí)，通過(guò)它們之間的相互作用，可以改變生物體的功能和結(jié)構(gòu)，即超聲波生物效應(yīng)。

　　超聲對(duì)細(xì)胞的作用主要有熱效應(yīng)，空化效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)。當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，摩擦阻礙了超聲波引起的分子振動(dòng)，將部分能量轉(zhuǎn)化為局部高熱(42-43℃），正常組織的臨界致死溫度為45.7℃，腫瘤組織比正常組織更敏感，因此腫瘤細(xì)胞在這種溫度下代謝紊亂，DNA，RNA，影響蛋白質(zhì)合成，殺死癌細(xì)胞，不影響正常組織?？栈饔檬窃诔暡ㄕ丈湎略谏矬w內(nèi)形成空氣泡沫。隨著空氣泡的振動(dòng)及其劇烈的聚集和爆炸，產(chǎn)生機(jī)械剪切壓力和動(dòng)蕩，導(dǎo)致腫瘤出血和組織分解，導(dǎo)致壞死。此外，空化泡破裂時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫(約5萬(wàn)℃），高壓（可達(dá)500×104Pa），水蒸氣熱解離可能會(huì)產(chǎn)生.OH自由基和.H原子，由.OH自由基和.H氧化還原反應(yīng)可導(dǎo)致多聚物降解、酶失活、脂質(zhì)過(guò)氧化和細(xì)胞殺傷。機(jī)械效應(yīng)是超聲的原發(fā)效應(yīng)，超聲波在傳播過(guò)程中介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)交替地壓縮與伸張構(gòu)成了壓力變化，引起細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷。殺傷作用的強(qiáng)弱與超聲的頻率和強(qiáng)度密切相關(guān)。

　　三、超聲波應(yīng)用

　　1、超聲波提取生物納米(超聲波化學(xué)合成法)

　　在超聲化學(xué)反應(yīng)中，聲波的空化效應(yīng)起著關(guān)鍵作用。在超聲輻射過(guò)程中，空化氣泡會(huì)在液體中形成、生長(zhǎng)和崩潰。當(dāng)空化氣泡崩潰時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)壓脈沖，產(chǎn)生許多獨(dú)特的性質(zhì)，如5萬(wàn)K高溫，超過(guò)200Mpa壓力，這是超聲化學(xué)合成的能量來(lái)源，可以在一些特殊的粉末表面合成納米粒子。

　　2、超聲波制藥

　　2.1注射用醫(yī)藥物質(zhì)的分散

　　將磷脂類(lèi)與膽固醇混合用適當(dāng)方法與藥物混合在水液中，經(jīng)超聲分散，可以得到更小粒子供靜脈注射。

　　2.2草藥提取

　　利用超聲分散破壞植物組織，加速溶劑滲透組織，提高中草藥有效成分的提取率。例如，金雞納樹(shù)皮中的所有生物堿通常需要5個(gè)多小時(shí)才能入侵，超聲分散只需要半個(gè)小時(shí)。

　　2.3制備混懸劑

　　在超聲空化和強(qiáng)攪拌下，在含有表面活性劑的水溶液中分散固體藥物可形成1um混懸劑左右口服或靜脈注射。例“靜注喜樹(shù)堿混懸劑”“肝臟造影劑”、“硫酸鋇混懸劑”。

　　2.4制備疫苗

　　將細(xì)胞或病菌借助于超聲分散將其殺死以后，再用適當(dāng)方法制成疫苗。

　　3、超聲波對(duì)化妝品的分散

　　為了進(jìn)一步提取藥物精華和顆粒細(xì)化，節(jié)約生產(chǎn)成本，達(dá)到分散乳化的效果，使化妝品深入皮膚，使皮膚吸收良好，發(fā)揮藥物的效果和作用，超聲乳化可以達(dá)到非常理想的效果。如果使用超聲分散，蠟和石蠟乳化、乳液等油的顆?？梢栽诓皇褂萌榛瘎┑那闆r下分散。石臘在水中分散的粒子直徑可達(dá)1um以下。

　　4、超聲波對(duì)酒的醇化—催陳技術(shù)

　　一瓶葡萄酒以其醇厚的口感、柔軟的口感和濃郁的香氣而備受青睞。人們經(jīng)常用陳酒來(lái)形容珍貴的葡萄酒。一瓶上世紀(jì)的陳酒價(jià)格是幾萬(wàn)元。它的價(jià)格意味著時(shí)間的儲(chǔ)存。葡萄酒的主要控制因素是化學(xué)變化，即酸的形成，酯參與乙醇和水的結(jié)合。剛出廠的酒含有保持醇厚和辛辣的味道，需要很長(zhǎng)時(shí)間才能解決。這種緩慢的變化被稱為酒精的醇化。用功率1.6KW，頻率17.5-22KHZ的超聲波處理5-10min，可使酒的老熟時(shí)間縮短1/3到1/2。

　　四、超聲波粉碎技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

　　目前，超聲波儀器主要包括超聲波振蕩器和超聲波粉碎機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是保持細(xì)胞活性，省時(shí)，樣品損失少，可以處理大量樣品。因此，超聲細(xì)胞粉碎機(jī)的不斷發(fā)展和改進(jìn)，對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)的貢獻(xiàn)是非?？捎^的。也是目前生物生產(chǎn)中最常用的破碎方法。不同菌種的發(fā)酵液。超聲破碎效果差異較大。一般來(lái)說(shuō)，桿菌比球菌更容易破碎。

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