Co je ultrazvukové drcení?
Fragmentace buněk je důležitým krokem v procesu produkce rekombinantních proteinů. Po desetiletí byla ultrazvuková fragmentace buněk metodou výběru v laboratorním měřítku. Tento proces vyžaduje vysokou ultrazvukovou amplitudu vhodnou pro buněčnou suspenzi, generující značné smykové síly. Smyková síla je výsledkem silné ultrazvukové kavitace, která vytváří intenzivní asymetrické implozní vakuové bubliny a způsobuje mikrotrysky, které způsobují prasknutí buněčné stěny. Vzhledem k omezením tradiční ultrazvukové technologie však průmyslová implementace této metody nemůže selhat při snížení amplitudy ultrazvukových vln a síly smykových sil generovaných kavitací, čímž se poškodí účinnost procesu krakování. Průmyslové ultrazvukové lyzéry mají stejnou účinnost lýzy jako laboratorní zařízení a zároveň poskytují vyšší produktivitu.
Tradiční ultrazvukové systémy pro zpracování kapalin zahrnují ultrazvukové nástrojové hlavy se zmenšeným průměrem ve výstupním směru a mohou poskytovat vysokou amplitudu ultrazvuku pouze tehdy, když je výstupní konec velmi malý. Zesílení procesu vyžaduje přechod na nástrojovou hlavu s větším výstupním průměrem, která může vydávat ultrazvukovou energii do většího objemu procesní kapaliny při zachování vysoké amplitudy. Pokud se však výstupní průměr tradičních nástrojových hlav zvětší na průmyslově přijatelnou velikost, jejich maximální amplituda se výrazně sníží a nebude stačit k poškození buněk. Proto je použití tradičních ultrazvukových procesorů s vysokou amplitudou omezeno na laboratorní studie, které nelze přímo zesílit. Prostřednictvím výzkumu a vývoje FUNSONIC bylo toto omezení úspěšně překonáno a byly zkonstruovány pilotní a průmyslové ultrazvukové procesory, které mohou generovat extrémně vysoké amplitudy a pracovat nepřetržitě.
Zničení buněk Saccharomyces cerevisiae:
Provedli jsme experimenty s ultrazvukovou fermentací pomocí našeho experimentálního ultrazvukového kapalinového procesoru a pilotního ultrazvukového procesoru a získali jsme následující údaje:
Počáteční krystaly pomocné látky s průměrnou velikostí částic 15,4 mikronů se suspendují v organickém rozpouštědle s hmotnostním zlomkem 5 %. Nebyly použity žádné povrchově aktivní látky ani jiná činidla. Suspenze cirkuluje komorou reaktoru rychlostí 4 l/min v zásobní nádrži a míchá se 2 hodiny. Reakční komora je vybavena rohem činky ve tvaru diamantu o průměru 32 milimetrů a amplitudě 90 mikronů. Během operace je chladicí voda řízena řízením teploty reakční komory, aby protékala pláštěm, přičemž se teplota suspenze udržuje na 25 °C.
Po 2 hodinách působení ultrazvukem je průměrná požadovaná velikost částic asi 0,4 mikrometrů (400 nanometrů). Pro výrobu v průmyslovém měřítku může tento program používat 3000W průmyslový ultrazvukový procesor, který zvýší produktivitu 5krát.
Ultrazvuk je jednoduchá a účinná metoda přípravy tvarovaných nanokrystalů. Použitím diamantových nástrojových hlav lze tento proces přímo rozšířit, což umožňuje dosahovat laboratorních výsledků v prostředí průmyslové výroby.
