可编程超声干扰器：构建可重复的超声波工作流程

当实验室需要比手持均质器更多的控制时，可编程超声扰乱器可能是解决方案。可以破坏细胞、分散颗粒、均质化悬浮液、剪切核酸或为进一步分析做样品准备。

该乐器易于使用。挑战在于找到能够正确处理样品、不损坏实验室想要回收材料且样品不过热的条件。

这时可编程控制就派上用场了。操作员可以在不按键、不依赖声音判断结果的情况下，设置振幅和/或处理时间、脉冲周期、极限温度或总能量。在建立优化方法后，可以重复这些优化条件于后续样品。

超声波扰动的工作原理

超声波干扰器是一种将电能转化为机械振动的装置。这种振动传递给一个探头，由转换器放置在液体样品中。

当探针在液体中高速运动时，会产生压力变化，从而形成微观的液体气泡。这些气泡会增大和收缩，称为空蚀现象。局部产生的力可能导致细胞膜被破坏，聚集体被破坏，从而促进更好的混合或扩散。

从实际用途来看，探头在小范围内施加了巨大的机械能。这就是为什么探针超声波处理可以很快，但也可能对敏感目标有害，或在实验中产生泡沫。

为什么可编程控制很重要

两个样本可能处理相同时间，但处理方式不同。

超声波能量在液体中的运动会受到以下因素的影响：样品体积、粘度、温度、探针直径、浸入深度和容器形状。可编程仪器使操作员能够控制变量，这些变量可以实现现实标准化。

现代超声处理器可以具备可调幅度、定时操作、脉冲模式、能量显示、能量设定点和温度监测。

这些功能不仅方便，而且非常有用。它们使方法更容易记录，并详细说明样品的处理过程。

以下说法：“超声波治疗一分钟”是不充分的。它应指定探针类型、振幅设置、脉冲周期、总处理时间、样品体积、温度控制方法以及容器类型。

用起始幅度，而不是最大功率

最大的错误可能是认为更多的瓦数=进入每个采样的功率越大。

振幅是探头尖端运动的度量，更直接地与超声波强度相关。仪器使用的功率会根据样品、探头产生的电阻、粘度和工作条件而变化。Sonics表示，当需要复制方法时，保持振幅、温度、粘度和样品体积保持不变非常重要。

开发方法时，建议从中等幅度开始，且一开始不要使用最高幅度。先做一个小样本，观察结果，只有在需要时才加大过程强度。

过度的超声波处理可能导致细胞更易破坏，但也会导致温度升高、起泡、探头磨损以及敏感蛋白质或细胞结构的损伤。

因此，适当的振幅取决于具体应用。细胞裂解和/或纳米粒子的扩散、细胞器制备和/或DNA剪切不应被期望相同。

用脉冲模式控制热量

通过连续超声波检测，样品温度可以迅速升高。这在使用蛋白质、酶、膜结构或其他温度敏感材料时尤为重要。

机械性细胞破坏方法可以产生局部加热，进而导致蛋白质变性或聚集。因此，如果蛋白质质量应被保存，保持样本质量非常重要，因此样品应保持冷藏。

脉冲模式是在超声波和放松之间循环的。在关闭循环中，样品会被给予时间冷却并在探针周围沉降，然后再进行下一次爆发。设备手册中也提到间歇性操作，以帮助降低热量积累，从而提高加工的一致性。

脉冲模式并不能消除温度控制的需求。尽管管子很小，但在高振幅下可以迅速加热。仍可能需要使用冰浴、冷却器、温度探头或程序化温度切断器。

确保探针与样品体积相匹配

探针类型对探针类型有显著影响。

一个小微型焊咀在一个小点能高强度的元件中聚集能量。你拥有的功率越大，材料越多，探头就越大。从制造商说明书中可见，探头直径与实际加工体积高度相关，但终端值范围取决于工艺。

对于小样品来说太大的探头可能会溅起水花和/或过热。大容器中的小尖端可能导致处理不均匀，且处理时间过长。

探针应足够深以有效传递能量到液体中，但又不能太深以致吸入过多空气。振动时，它不应接触到容器底部或侧面。

容器的形状也很重要。如果使用窄容器聚焦能量，其聚焦方式可能与宽烧杯不同，在同一研究中使用不同的管子或容器也可能改变结果，即使仪器设置相同。

围绕样本构建方法——CSTA 2014，第2节，12年级，B线，任务3

通常，经过几次简短的试验后，会找到可验证的超声波方法。

从真实样品类型、样品大小、浓度、缓冲液和用于常规分析的容器开始。必须保持样本冷藏;选择合适的探头。使用中等幅度和短促脉冲。

用模拟实际目标的方法回顾每次试验的结果。这可以包括显微镜、蛋白质产量、酶活性、粘度和/或离心后的澄清。它可能包括颗粒大小测量和/或颗粒扩散的视觉稳定性。

不要根据样本的浑浊度或透明度来评估成功。目标蛋白的活性丧失可能发生在样品出现之前。

确定可接受条件后，仔细记录这些条件，并用多个独立样本重复测试。没有比让方法重复验证更能检验其可靠性的方法了。

实验室常用材料

这种可编程超声扰乱器在以下领域被广泛采用：

• 细菌和哺乳动物细胞壁的破坏。细菌和哺乳动物细胞壁的破坏。
• 组织的初步切割后，需要进行组织均质化。初步切割后应均匀化组织。
• 这涵盖了制备蛋白质和核酸样本所需的程序。蛋白质和核酸的样品制备。
• 通过DNA或染色质剪切。DNA或染色质的剪切。
• 粒子和纳米粒子的分散。
• 乳化
• 去聚合
• 提取与混合
• 准备暂停的困难。难以做出复杂的悬挂。

细胞裂解有多种物理方法，如超声波。最合适的方法会因细胞类型、样本量、后续应用以及拟提取材料的敏感性而有所不同。

如果低强度处理或其他破坏技术更适合脆弱细胞器或易被破坏的蛋白质，则使用该技术。

有一些常见的操作问题需要避免

起泡通常是由于探针过于接近液体表面和/或样品处理过于强烈所致。探头略微下降、幅度降低或脉冲周期变化都可能有帮助。

干扰不良的原因包括振幅过低、使用了错误的探针、样品过多、样品浸没深度不对，或处理时间过短。

有时会改变多个变量，使结果变得不一致。方法可能因所用管材、样品起始温度、粘度、探针穿透深度及体积而异。

当听到机械声或异常声音时，不应忽视。这可能是探针松动、探针头损坏或装配不良的信号。在进行进一步处理前，应先停止并检查仪器。

探针尖端也会因空蚀侵蚀而被侵蚀。如果表面受损，能量转移会发生，金属颗粒可能会被引入样品中。请经常检查探头，并按照厂家说明更换。

安全工作

使用合适的支架和夹具固定转换器，不要制造不稳定的组件。

不过，超声处理器会发出可听见的声音，制造商的指导方针建议使用时佩戴听力保护。隔音箱能减少暴露，同时也能防止飞溅或气溶胶。

正确处理和控制生物材料，并遵守实验室安全程序。应控制探针深度以减少气溶胶形成和泡沫。在样品之间进行冲洗，并以对探针和样品都有效的适当冲洗程序进行去污。

结论

结果受振幅、脉冲周期、探头尺寸、样品体积、温度、样品进入容器的深度以及容器形状的影响。最难的配速并不是一个好的起点。

一个可靠的工作流程始于简短且受控的试验，然后进行适当的下游测试以评估结果，最后收集足够的信息以便其他操作员重复测试。

常见问题解答

问题1。 可编程超声干扰器是用来做什么的？

用于细胞裂解、均质化、颗粒分散、剪切DNA、乳化、萃取及液体处理的各种应用。

问题2。 更高的振幅更好？

不。振幅增加会增加超声处理强度，但可能导致加热、起泡、探针磨损和样品损伤增加。

问题3。 为什么使用脉冲模式？

脉冲模式：超声波爆发之间的休息期。这样可以减少热量积累，并将材料带回探针周围。

问题4。 探针的最佳尺寸是多少？

样品容器的体积、尺寸和所需处理强度都应由探针匹配。小探头适合小体积，大探头适合大体积。

问题5。 如何使超声波检测的结果可复现？

探针、振幅、脉冲周期、体积、温度、浸入深度、样品组成。