徐工讲课 超声波细胞破碎仪

一、工作原理

1. 超声波产生：仪器通过高频电子振荡器产生 15kHz~50kHz 的高频电信号（常用 20kHz~30kHz）。

2. 能量转换：换能器将电信号转化为高频机械振动（超声波振动），振动通过探头（变幅杆）传递到液体样本中。

3. 空化效应与剪切力：
   超声波在液体中传播时，会产生周期性的压力变化，形成大量微小气泡（空化泡）。这些气泡在压力作用下迅速膨胀、破裂（空化效应），瞬间释放巨大能量，产生强烈的冲击波和剪切力，从而破碎细胞结构（如细胞膜、细胞壁），达到裂解样本的目的。

二、核心参数

• 频率：常用 15kHz~50kHz，低频（如 15kHz~20kHz）适合破碎坚硬样本（如细菌、植物细胞），高频（如 30kHz~50kHz）适合敏感样本（如动物细胞），可减少热损伤。

• 功率：一般为 50W~2000W，功率越大，破碎能力越强，但需匹配样本量（小样本用低功率，避免过热）。

• 处理量：从几十微升（微量离心管）到几十升（工业级设备）不等，实验室常用机型处理量多为 0.5mL~500mL。

• 温控功能：多数仪器配备低温冷却系统（如冰水浴、循环水冷），因为超声波振动会产生热量，高温可能破坏样本中的生物活性物质（如酶、蛋白质、核酸）。

• 探头类型：根据样本容器和体积选择，常见有尖形探头（微量样本）、平板探头（大体积或培养皿样本）、杯式探头（避免交叉污染）等。

三、主要应用场景

1. 细胞 / 细菌破碎：

• 裂解细菌（如大肠杆菌、链球菌）、真菌、酵母、植物细胞（含细胞壁）、动物细胞等，释放 intracellular 成分（如蛋白质、核酸、酶、代谢物）。

2. 样本乳化与分散：

• 制备纳米颗粒悬浮液、脂质体、乳液（如食品中的均质化处理）。

3. 其他应用：

• 降解高分子物质（如淀粉、纤维素）、加速化学反应（超声辅助萃取）、处理土壤样本提取污染物等。

四、优势与局限性

• 优势：

• 操作简便，可快速处理样本（几秒至几分钟）；

• 破碎效率高，能处理多种类型的生物样本；

• 适合小体积样本，且可通过探头设计减少交叉污染。

• 局限性：

• 产生的热量可能破坏热敏性物质（需配合冷却）；

• 高功率下可能导致样本中核酸断裂（需控制时间和功率）；

• 对大量样本处理效率较低（工业级设备可缓解此问题）。

五、使用注意事项

1. 样本预处理：

• 避免样本中含有坚硬颗粒（如沙子），以免损坏探头；

• 对于高浓度样本，可适当稀释，提高破碎均匀性。

2. 温控保护：

• 长时间操作时，需开启冷却系统（如冰水浴），或采用 “工作 - 暂停" 交替模式（如工作 30 秒，暂停 30 秒），防止样本过热。

3. 探头维护：

• 每次使用后及时清洗探头（用去离子水或酒精擦拭），避免残留样本腐蚀；

• 探头浸入液体深度适中（一般 1~2cm），避免空载运行（空转会损坏换能器）。

4. 安全防护：

• 超声波可能对人体听力造成影响，建议佩戴耳塞；

• 操作时避免探头接触容器壁，以防产生噪音和损坏容器。

六、常见品牌

• 进口品牌：美国 Sonics、德国 Bandelin、日本 SMT、英国 Cole-Parmer 等，以高精度和稳定性著称。

• 国产品牌：宁波新芝、南京先欧、上海比朗等，性价比高，适合常规实验室需求。