Co to jest kruszenie ultradźwiękowe?
Fragmentacja komórek jest ważnym etapem w procesie produkcji rekombinowanych białek. Przez dziesięciolecia ultradźwiękowa fragmentacja komórek była metodą selekcji na skalę laboratoryjną. Proces ten wymaga wysokiej amplitudy ultradźwiękowej odpowiedniej do zawiesiny komórek, generującej znaczne siły ścinające. Siła ścinająca powstaje w wyniku silnej kawitacji ultradźwiękowej, która generuje intensywną asymetryczną implozję pęcherzyków próżniowych i powoduje mikrostrumienie, powodując pękanie ściany komórkowej. Jednak ze względu na ograniczenia tradycyjnej technologii ultradźwiękowej, przemysłowe wdrożenie tej metody nie może nie spowodować zmniejszenia amplitudy fal ultradźwiękowych i siły sił ścinających generowanych przez kawitację, pogarszając w ten sposób efektywność procesu pękania. Ultradźwiękowe lizery komórkowe na skalę przemysłową mają taką samą wydajność lizy jak sprzęt laboratoryjny, zapewniając jednocześnie wyższą produktywność.
Tradycyjne systemy ultradźwiękowego przetwarzania cieczy obejmują głowice narzędzi ultradźwiękowych o zmniejszonej średnicy w kierunku wyjściowym i mogą zapewnić wysoką amplitudę ultradźwiękową tylko wtedy, gdy koniec wyjściowy jest bardzo mały. Wzmocnienie procesu wymaga przejścia na głowicę narzędziową o większej średnicy wyjściowej, która może wyprowadzać energię ultradźwiękową do większej objętości cieczy technologicznej, zachowując jednocześnie wysoką amplitudę. Jeśli jednak średnica wyjściowa tradycyjnych głowic narzędziowych zostanie zwiększona do rozmiaru akceptowalnego w przemyśle, ich maksymalna amplituda znacznie się zmniejszy i nie będzie wystarczająca do uszkodzenia ogniw. Dlatego zastosowanie tradycyjnych procesorów ultradźwiękowych o dużej amplitudzie ogranicza się do badań laboratoryjnych, których nie można bezpośrednio wzmocnić. Dzięki badaniom i rozwojowi FUNSONIC to ograniczenie zostało pomyślnie przezwyciężone i skonstruowano procesory ultradźwiękowe na skalę pilotażową i przemysłową, które mogą generować niezwykle wysokie amplitudy i działać w sposób ciągły.
Zniszczenie komórek Saccharomyces cerevisiae:
Przeprowadziliśmy eksperymenty z fermentacją ultradźwiękową przy użyciu naszego eksperymentalnego ultradźwiękowego procesora cieczy i ultradźwiękowego procesora na skalę pilotażową i uzyskaliśmy następujące dane:
Zawiesić początkowe kryształy substancji pomocniczej o średniej wielkości cząstek 15,4 mikrona w rozpuszczalniku organicznym o ułamku masowym 5%. Nie stosowano żadnych środków powierzchniowo czynnych ani innych środków. Zawiesinę przepuszcza się przez komorę reaktora w zbiorniku magazynowym z szybkością 4 l/min i miesza przez 2 godziny. Komora reakcyjna wyposażona jest w róg sztangi w kształcie rombu o średnicy 32 milimetrów i amplitudzie 90 mikronów. Podczas całej operacji przepływ wody chłodzącej przez obudowę odbywa się poprzez kontrolę temperatury komory reakcyjnej, utrzymując temperaturę zawiesiny na poziomie 25 stopni C.
Po 2 godzinach obróbki ultradźwiękowej średni wymagany rozmiar cząstek wynosi około 0,4 mikrometra (400 nanometrów). Do produkcji na skalę przemysłową program ten może wykorzystać przemysłowy procesor ultradźwiękowy o mocy 3000 W, co zwiększy produktywność 5-krotnie.
Ultradźwięki to prosta i skuteczna metoda przygotowania ukształtowanych nanokryształów. Dzięki zastosowaniu diamentowych głowic narzędziowych proces ten można bezpośrednio rozszerzyć, umożliwiając osiągnięcie wyników laboratoryjnych w przemysłowych środowiskach produkcyjnych.
