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超聲對(duì)細(xì)胞有哪些作用?超聲波破碎技術(shù)有什么優(yōu)缺點(diǎn)?

閱讀:6544      發(fā)布時(shí)間:2021-10-25
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超聲波是物質(zhì)介質(zhì)中的一種彈性機(jī)械波,它是一種波動(dòng)形式,因此它可以用于探測(cè)人體的生理及病理信息,既診斷超聲。同時(shí),它又是一種能量形式,當(dāng)達(dá)到一定劑量的超聲在生物體內(nèi)傳播時(shí),通過(guò)它們之間的相互作用,能引起生物體的功能和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,即超聲生物效應(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)。
 
熱效應(yīng)是當(dāng)超聲在介質(zhì)中傳播時(shí),摩擦力阻礙了由超聲引起的分子震動(dòng),使部分能量轉(zhuǎn)化為局部高熱(42-43℃),因?yàn)檎=M織的臨界致死溫度為45.7℃,而腫瘤組織比正常組織敏感性高,故在此溫度下腫瘤細(xì)胞的代謝發(fā)生障礙,DNA、RNA、蛋白質(zhì)合成受到影響,從而殺傷癌細(xì)胞而正常組織不受影響。
 
空化效應(yīng)是在超聲照射下,生物體內(nèi)形成空泡,隨著空泡震動(dòng)和其猛烈的聚爆而產(chǎn)生出機(jī)械剪切壓力和動(dòng)蕩,使腫瘤出血、組織瓦解以致壞死。另外,空化泡破裂時(shí)產(chǎn)生瞬時(shí)高溫(約5000℃)、高壓(可達(dá)500×104Pa),可使水蒸氣熱解離產(chǎn)生.OH自由基和.H原子,由.OH自由基和.H原子引起的氧化還原反應(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)。
 
超聲波破碎技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)
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。因此超聲波細(xì)胞粉碎儀的不斷發(fā)展和改進(jìn),對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)的貢獻(xiàn)是十分可觀的。 超聲波細(xì)胞粉碎儀進(jìn)行超聲粉碎破碎是目前在生物生產(chǎn)中常用的破碎方法。對(duì)不同菌種的發(fā)酵液。超聲破碎的效果差別較大。一般地,桿菌比球菌較易破碎,革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞比革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌細(xì)胞較易破碎,對(duì)酵母菌的效果較差。
 
優(yōu)點(diǎn):操作簡(jiǎn)便,液量損失少,適合實(shí)驗(yàn)室規(guī)模。缺點(diǎn):成本高;易引起溫度的劇烈上升;在大規(guī)模操作中,聲能傳遞和散熱困難,產(chǎn)生的化學(xué)自由基團(tuán)易使產(chǎn)物失活,所以其影響了其在大規(guī)模的工業(yè)上的應(yīng)用。
 
超聲波破碎作為細(xì)胞破碎的一種方法在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模應(yīng)用較普遍,處理少量樣品時(shí)操作簡(jiǎn)便,液量損失少,被廣泛用于生物化學(xué)、微生物學(xué)藥理學(xué)、物理學(xué)、動(dòng)物學(xué)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)、制藥等領(lǐng)域的教學(xué)、科研、生產(chǎn)。

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