เครื่องรบกวนอัลตราโซนิกที่ตั้งโปรแกรมได้: การสร้างเวิร์กโฟลว์โซนิเคชันที่ทําซ้ําได้

เมื่อห้องปฏิบัติการต้องการการควบคุมมากกว่าที่มีในเครื่องโฮโมจีนไนซ์แบบมือถือ เครื่องรบกวนอัลตราโซนิกที่ตั้งโปรแกรมได้อาจเป็นคําตอบ สามารถทําลายเซลล์ กระจายอนุภาค ทําให้สารแขวนลอยเป็นเนื้อเดียวกัน ตัดกรดนิวคลีอิก หรือเตรียมตัวอย่างเพื่อการวิเคราะห์เพิ่มเติม

เครื่องดนตรีนี้ใช้งานง่าย ความท้าทายคือการหาสภาพแวดล้อมที่จะทําให้ตัวอย่างถูกต้องโดยไม่มีความเสียหายต่อวัสดุที่ห้องปฏิบัติการต้องการกู้คืน และไม่ให้ตัวอย่างร้อนเกินไป

นี่คือจุดที่การควบคุมแบบตั้งโปรแกรมได้มีประโยชน์ ผู้ปฏิบัติงานสามารถตั้งค่าแอมพลิจูดและ/หรือเวลาการประมวลผล รอบพัลส์ อุณหภูมิขีดจํากัด หรือพลังงานรวมได้โดยไม่ต้องกดปุ่มหรือประเมินผลลัพธ์จากเสียง หลังจากกําหนดวิธีการที่เหมาะสมแล้ว เงื่อนไขที่เหมาะสมสามารถทําซ้ําสําหรับตัวอย่างถัดไปได้

การทํางานของการรบกวนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง

เครื่องรบกวนคลื่นเสียงความถี่สูงเป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้กลายเป็นการสั่นสะเทือนเชิงกล แรงสั่นสะเทือนนั้นจะถูกส่งต่อไปยังโพรบซึ่งถูกวางลงในตัวอย่างของเหลวโดยตัวแปลง

เมื่อโพรบเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงในของเหลว จะเกิดการเปลี่ยนแปลงความดันซึ่งทําให้เกิดฟองอากาศขนาดเล็กของของเหลว ฟองอากาศเหล่านี้จะเติบโตและหดตัว เรียกว่าการเกิดโพรงอากาศ แรงที่เกิดขึ้นในพื้นที่ท้องถิ่นอาจทําให้เยื่อหุ้มเซลล์ถูกทําลาย การรวมตัวของเซลล์แตกออก และช่วยให้การผสมหรือการกระจายตัวดีขึ้น

ในแง่การใช้งานจริง โพรบนี้สร้างพลังงานกลจํานวนมากในพื้นที่ขนาดเล็ก นี่คือเหตุผลที่การโซนิเคชันด้วยโพรบอาจรวดเร็ว แต่ก็อาจเป็นอันตรายต่อเป้าหมายที่ไวต่อการทดลอง หรือทําให้เกิดฟองในการทดลอง

ทําไมการควบคุมแบบตั้งโปรแกรมจึงสําคัญ

ตัวอย่างสองตัวอย่างอาจได้รับการรักษาในระยะเวลาเท่ากัน แต่ไม่ได้รับการรักษาเท่ากัน

การเคลื่อนที่ของพลังงานอัลตราโซนิกผ่านของเหลวจะได้รับผลกระทบจาก: ปริมาตรตัวอย่าง ความหนืด อุณหภูมิ เส้นผ่านศูนย์กลางของโพรบ ความลึกของการจุ่ม และรูปร่างของภาชนะ เครื่องมือที่ตั้งโปรแกรมได้ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานควบคุมตัวแปรที่สามารถมาตรฐานได้จริง

โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกสมัยใหม่สามารถปรับความกว้างได้ ทํางานตามเวลา โหมดพัลส์ แสดงพลังงาน จุดตั้งพลังงาน และการตรวจสอบอุณหภูมิ

ฟังก์ชันเหล่านี้ไม่เพียงแต่สะดวก แต่ยังมีประโยชน์อีกด้วย พวกเขาทําให้วิธีการถูกบันทึกได้ง่ายขึ้นและอธิบายอย่างชัดเจนว่าตัวอย่างถูกประมวลผลอย่างไร

ต่อไปนี้: "โซนิคัลเป็นเวลา 1 นาที" เป็นวิธีที่ไม่เพียงพอ ควรระบุประเภทของโพรบ การตั้งค่าความกว้าง รอบพัลส์ เวลาประมวลผลรวม ปริมาตรตัวอย่าง วิธีการควบคุมอุณหภูมิ และประเภทของภาชนะ

ใช้แอมพลิจูดเริ่มต้น ไม่ใช่วัตต์สูงสุด

ข้อผิดพลาดที่ใหญ่ที่สุดน่าจะเป็นการคิดว่าวัตต์ที่มากขึ้น = กําลังส่งในแต่ละตัวอย่างมากขึ้น

แอมพลิจูดเป็นการวัดการเคลื่อนที่ของปลายหัววัด และสัมพันธ์โดยตรงกับความเข้มของคลื่นเสียง กําลังที่ใช้โดยเครื่องมือจะแตกต่างกันไปตามความต้านทานที่สร้างโดยตัวอย่าง โพรบ ความหนืด และสภาพการทํางาน เมื่อวิธีการต้องทําซ้ํา สิ่งสําคัญคือต้องรักษาความกว้าง อุณหภูมิ ความหนืด และปริมาตรตัวอย่างให้เท่าเดิม Sonics กล่าว

เมื่อพัฒนาวิธีการ ให้เริ่มด้วยแอมพลิจูดปานกลางและอย่าใช้แอมพลิจูดสูงสุดในตอนแรก ลองทําตัวอย่างทดสอบขนาดเล็ก ดูผลลัพธ์ และเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการเฉพาะเมื่อจําเป็น

การให้คลื่นเสียงมากเกินไปอาจทําให้เซลล์เสียหายมากขึ้น แต่ก็ทําให้อุณหภูมิสูงขึ้น ฟอง การสึกหรอของโพรบ และความเสียหายต่อโปรตีนหรือโครงสร้างเซลล์ที่ไวต่อเซลล์

ดังนั้น แอมพลิจูดที่เหมาะสมจึงขึ้นอยู่กับการใช้งาน การสลายเซลล์และ/หรือการกระจายของอนุภาคนาโน การเตรียมออร์แกเนลล์ และ/หรือการตัด DNA ไม่ควรคาดหวังว่าจะเหมือนกัน

ควบคุมความร้อนด้วยโหมดพัลส์

ด้วยคลื่นเสียงต่อเนื่อง อุณหภูมิของตัวอย่างสามารถเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว สิ่งนี้มีความสําคัญเมื่อใช้โปรตีน เอนไซม์ โครงสร้างเยื่อหุ้ม หรือวัสดุที่ไวต่ออุณหภูมิอื่น ๆ

วิธีการทางกลของการรบกวนเซลล์สามารถสร้างความร้อนเฉพาะที่ ซึ่งอาจส่งผลให้เกิดการเสื่อมสภาพหรือการรวมตัวของโปรตีน ดังนั้น การรักษาคุณภาพของตัวอย่างจึงเป็นสิ่งสําคัญหากต้องการรักษาคุณภาพของโปรตีน และเพื่อวัตถุประสงค์นี้ควรเก็บตัวอย่างไว้ในสภาพเย็น

โหมดชีพจรเป็นการสลับระหว่างการโซนิคและการผ่อนคลาย ในรอบปิด ตัวอย่างจะได้รับเวลาให้เย็นตัวและตั้งตัวรอบโพรบก่อนเกิดการระเบิดครั้งถัดไป การใช้งานแบบไม่ต่อเนื่องยังถูกกล่าวถึงในคู่มืออุปกรณ์เพื่อช่วยลดการสะสมความร้อนและเพิ่มความสม่ําเสมอในกระบวนการผลิต

โหมดพัลส์จะไม่ตัดความจําเป็นในการควบคุมอุณหภูมิออกไป แม้ว่าหลอดจะมีขนาดเล็ก แต่ก็สามารถร้อนได้อย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะที่แอมพลิจูดสูง อาจยังจําเป็นต้องใช้อ่างน้ําแข็ง ที่วางเย็น หัววัดอุณหภูมิ หรือการตั้งโปรแกรมตัดอุณหภูมิ

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าโพรบตรงกับปริมาตรตัวอย่าง

มีอิทธิพลอย่างมากจากประเภทของโพรบที่ใช้

ไมโครทิปขนาดเล็กจะรวบรวมพลังงานในชิ้นส่วนขนาดเล็กซึ่งอาจมีความเข้มสูงในจุดเล็กๆ ยิ่งคุณมีพลังงานมากเท่าไหร่ วัสดุก็จะยิ่งใหญ่ขึ้น จากคําแนะนําของผู้ผลิต ขนาดของโพรบและปริมาณการประมวลผลจริงมีความสัมพันธ์กันอย่างมาก แต่ช่วงค่าสุดท้ายขึ้นอยู่กับกระบวนการ

โพรบที่มีขนาดใหญ่เกินไปสําหรับตัวอย่างขนาดเล็กอาจกระเด็นหรือร้อนเกินไปได้ ปลายเล็ก ๆ ในภาชนะขนาดใหญ่อาจทําให้กระบวนการไม่สม่ําเสมอและใช้เวลาประมวลผลนานเกินจําเป็น

โพรบควรลึกพอที่จะถ่ายเทพลังงานเข้าสู่ของเหลวได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ไม่ควรลึกเกินไปจนดูดอากาศเข้าไปในตัวอย่างของเหลวมากเกินไป ระหว่างการสั่นสะเทือน ไม่ควรสัมผัสกับก้นภาชนะหรือด้านข้างของภาชนะ

รูปร่างของภาชนะก็สําคัญเช่นกัน ถ้าใช้ภาชนะแคบในการโฟกัสพลังงาน มันสามารถโฟกัสพลังงานได้แตกต่างจากบีกเกอร์กว้าง และการใช้หลอดหรือภาชนะที่แตกต่างกันในการศึกษาเดียวกันสามารถเปลี่ยนผลลัพธ์ได้ แม้ว่าการตั้งค่าเครื่องมือจะเหมือนกัน

สร้างวิธีการรอบตัวอย่าง – CSTA 2014, ส่วนที่ 2, เกรด 12, สายงาน B, งานที่ 3

โดยทั่วไป วิธีการโซนิเคชันที่ฟังดูดีจะพบหลังจากการทดลองสั้น ๆ ไม่กี่ครั้ง

เริ่มต้นด้วยประเภทตัวอย่างจริง ขนาดตัวอย่าง ความเข้มข้น บัฟเฟอร์ และภาชนะที่ใช้สําหรับการวิเคราะห์ตามปกติ ต้องเก็บตัวอย่างให้เย็น; เลือกโพรบที่เหมาะสม ใช้แอมพลิจูดกลางและพัลส์สั้น

ทบทวนผลลัพธ์ของแต่ละการทดลองโดยใช้วิธีการที่จําลองเป้าหมายจริง ซึ่งอาจเป็นการส่องกล้องจุลทรรศน์ ผลผลิตโปรตีน กิจกรรมของเอนไซม์ ความหนืด และ/หรือการใสหลังจากการเหวี่ยงเหวี่ยง อาจรวมถึงการวัดขนาดอนุภาคและ/หรือความเสถียรทางสายตาสําหรับการกระจายของอนุภาค

อย่าประเมินความสําเร็จจากระดับความขุ่นหรือความใสของตัวอย่าง การสูญเสียกิจกรรมของโปรตีนเป้าหมายอาจเกิดขึ้นก่อนที่ตัวอย่างจะปรากฏ

หลังจากกําหนดเงื่อนไขที่ยอมรับได้แล้ว ให้บันทึกเงื่อนไขอย่างละเอียดและทดสอบซ้ําด้วยตัวอย่างอิสระหลายตัวอย่าง ไม่มีวิธีไหนจะทดสอบความน่าเชื่อถือของวิธีการได้ดีไปกว่าการให้มันทําซ้ํา

วัสดุที่ใช้ในห้องปฏิบัติการทั่วไป

เครื่องรบกวนอัลตราโซนิกที่ตั้งโปรแกรมได้ประเภทนี้ได้รับการนําไปใช้อย่างแพร่หลายในสาขาต่อไปนี้:

• การรบกวนผนังเซลล์ของแบคทีเรียและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม การสลายตัวของผนังเซลล์แบคทีเรียและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม
• การตัดเนื้อเยื่อเบื้องต้นต้องตามด้วยการทําให้เนื้อเยื่อเป็นเนื้อเดียวกัน เนื้อเยื่อควรถูกทําให้เป็นเนื้อเดียวกันหลังจากการตัดเบื้องต้น
• ซึ่งครอบคลุมขั้นตอนที่จําเป็นในการเตรียมตัวอย่างโปรตีนและกรดนิวคลีอิก การเตรียมตัวอย่างโปรตีนและกรดนิวคลีอิก
• การตัดโครมาตินโดยดีเอ็นเอหรือการตัดโครมาติน การเฉือนของ DNA หรือโครมาติน
• การกระจายของอนุภาคและนาโนพาร์ติเคิล
• การอิมัลชัน
• การแยกกลุ่มเมือง
• การสกัดและผสม
• ความยากลําบากในการเตรียมการระงับ ความยากลําบากในการทําระบบพักการแข่งขันที่ยากลําบาก

มีวิธีการทางกายภาพหลายแบบที่สามารถใช้สําหรับการสลายเซลล์ เช่น การโซนิเคชัน วิธีที่เหมาะสมที่สุดจะขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ ขนาดตัวอย่าง การใช้งานในขั้นตอนถัดไป และความไวของวัสดุที่จะสกัด

ถ้าการประมวลผลความเข้มข้นต่ําหรือเทคนิคการรบกวนอื่น ๆ เหมาะกับออร์แกเนลล์ที่บอบบางหรือโปรตีนที่ถูกทําลายง่าย ให้ใช้เทคนิคนั้น

มีปัญหาการทํางานทั่วไปที่คุณควรหลีกเลี่ยง

ฟองมักเกิดจากโพรบอยู่ใกล้ผิวของเหลวเกินไปและ/หรือตัวอย่างถูกประมวลผลอย่างเข้มข้นเกินไป การลดความสูงของโพรบเล็กน้อย การลดแอมพลิจูด หรือการเปลี่ยนแปลงรอบพัลส์อาจช่วยได้

สาเหตุของการรบกวนที่ไม่ดีคือแอมพลิจูดต่ําเกินไป ใช้โพรบผิด ใช้ตัวอย่างมากเกินไป ตัวอย่างไม่ได้จุ่มในความลึกที่เหมาะสม หรือใช้เวลาประมวลผลสั้นเกินไป

บางครั้งมีการเปลี่ยนแปลงตัวแปรหลายตัวเพื่อให้ผลลัพธ์ไม่สอดคล้องกัน วิธีการนี้อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับหลอดที่ใช้ อุณหภูมิเริ่มต้นของตัวอย่าง ความหนืด ความลึกของการทะลุผ่านของโพรบเข้าไปในตัวอย่าง และปริมาตร

เมื่อได้ยินเสียงกลไกหรือเสียงแปลก ๆ ไม่ควรมองข้าม อาจเป็นสัญญาณของหัววัดหลวม ปลายหัววัดเสียหาย หรือประกอบผิดที่ ควรหยุดและตรวจสอบเครื่องมือก่อนที่จะดําเนินการต่อไป

ปลายหัวสํารวจยังถูกกัดกร่อนจากการกัดกร่อนด้วยโพรงอากาศ หากพื้นผิวเสียหาย การถ่ายโอนพลังงานจะเกิดขึ้นและอนุภาคโลหะอาจถูกนําเข้าสู่ตัวอย่างได้ ตรวจสอบหัววัดบ่อย ๆ และเปลี่ยนตามคําแนะนําของผู้ผลิต

ทํางานอย่างปลอดภัย

ใช้ขาตั้งและแคลมป์ที่ถูกต้องเพื่อยึดตัวแปลงไฟ อย่าทําให้ชุดประกอบไม่มั่นคง

อย่างไรก็ตาม เครื่องอัลตราซาวด์จะสร้างเสียงที่ได้ยิน และแนวทางของผู้ผลิตแนะนําให้ใช้อุปกรณ์ป้องกันการได้ยินเมื่อใช้งาน ตู้ที่มีเสียงจะช่วยลดการสัมผัสและยังช่วยป้องกันน้ํากระเซ็นหรือละอองลอยได้ด้วย

จัดการและบรรจุวัสดุชีวภาพอย่างถูกต้อง และปฏิบัติตามขั้นตอนความปลอดภัยในห้องปฏิบัติการ ควรควบคุมความลึกของโพรบเพื่อลดการเกิดละอองลอยและการเกิดฟอง ล้างระหว่างตัวอย่างและทําความสะอาดโพรบด้วยวิธีล้างที่เหมาะสมซึ่งมีประสิทธิภาพทั้งกับโพรบและตัวอย่าง

บทสรุป

ผลลัพธ์จะได้รับผลกระทบจากแอมพลิจูด รอบพัลส์ ขนาดของโพรบ ปริมาตรของตัวอย่าง อุณหภูมิ ความลึกของตัวอย่างที่เข้าสู่ภาชนะ และรูปร่างของภาชนะ จังหวะที่ยากที่สุดไม่ใช่จุดเริ่มต้นที่ดี

เวิร์กโฟลว์ที่เชื่อถือได้เริ่มต้นจากการทดลองสั้น ๆ ที่ควบคุมอย่างดี จากนั้นจะผ่านการทดสอบที่เหมาะสมในขั้นตอนถัดไป เพื่อประเมินผลลัพธ์ และจากนั้นจึงรวบรวมข้อมูลเพียงพอเพื่อให้ผู้ปฏิบัติงานคนอื่นสามารถทําซ้ําได้

คําถามที่พบบ่อย

คําถามที่ 1. เครื่องรบกวนอัลตราโซนิกที่ตั้งโปรแกรมได้ใช้ทําอะไร?

สําหรับการสลายเซลล์ การทําให้เป็นเนื้อเดียวกัน การกระจายอนุภาค การตัด DNA การอิมัลชัน การสกัด และการใช้งานหลากหลายสําหรับกระบวนการของเหลว

คําถามที่ 2 Amplitude ที่ดีกว่า?

ไม่ การเพิ่มความกว้างจะเพิ่มความเข้มของคลื่นเสียง แต่อาจทําให้ความร้อนเพิ่มขึ้น ฟอง การสึกหรอของโพรบ และความเสียหายของตัวอย่าง

คําถามที่ 3. ทําไมถึงใช้โหมดพัลส์?

โหมดพัลส์: ช่วงเวลาพักระหว่างช่วงคลื่นเสียงความถี่สูง วิธีนี้จะช่วยลดการสะสมความร้อนและนําวัสดุกลับไปรอบโพรบ

คําถามที่ 4 ขนาดที่เหมาะสมที่สุดของโพรบคือเท่าไร?

ปริมาตร ขนาดของภาชนะตัวอย่าง และความเข้มข้นของการประมวลผลที่ต้องใช้ควรถูกตรวจสอบโดยโพรบ ปลายเล็กเหมาะกับปริมาตรเล็ก และหัววัดขนาดใหญ่เหมาะกับปริมาตรมาก

คําถามที่ 5 จะทําอย่างไรให้ผลลัพธ์ของการอัลตราแสงสามารถทําซ้ําได้?

โพรบ, แอมพลิจูด, รอบพัลส์, ปริมาตร, อุณหภูมิ, ความลึกของการจุ่ม, องค์ประกอบของตัวอย่าง