Désintégration des cellules et lyse par ultrasons 

Les principales applications des homogénéisateurs à ultrasons sont la préparation et la production d'échantillons. Ceux-ci comprennent, en particulier, l'homogénéisation, l'émulsification et la mise en suspension de diverses substances, ainsi que l'accélération des réactions chimiques, la désintégration des cellules et l'extraction des constituants cellulaires. Selon le réglage de l'homogénéisateur à ultrasons, certaines substances peuvent être délibérément détruites, de longs processus de traitement peuvent être raccourcis et le rendement de nombreuses réactions augmenté. La comparaison avec d'autres équipements de traitement mécanique de laboratoire tels que des broyeurs à boulets, des rotors / stators ou des homogénéisateurs de fente montre que les homogénéisateurs à ultrasons fonctionnent avec une efficacité plus élevée et permettent notamment des résultats reproductibles. Des volumes d'échantillons toujours plus petits et la réduction de l'utilisation de produits chimiques sont dans la tendance analytique. Par exemple, au cours des dernières années, l'utilisation d'homogénéisateurs à ultrasons a pris une place centrale partout où les plus petites quantités d'échantillons doivent être traitées rapidement, à peu de frais et de manière reproductible.

Désintégration des cellules et de microorganismes par lyse à ultrasons

Dans les laboratoires modernes, les homogénéisateurs à ultrasons sont utilisés pour perturber les parois cellulaires et accéder aux contenus cellulaires, tels que les protéines, sans les endommager. L'énergie totale introduite dans la suspension cellulaire par friction est finalement convertie en chaleur. Afin d'éviter une détérioration thermique du contenu de la cellule, la sonification est effectuée cycliquement avec des interruptions de temps et / ou l'échantillon est refroidi pendant la sonification dans un récipient de refroidissement. La sonification uniforme des micro-organismes est particulièrement avantageuse dans les cellules de la rosette en raison de la circulation permanente liée à la conception à l'entrée de l'énergie ultrasonique. Placé dans un bain de glace, le contenu peut être refroidi particulièrement efficacement en raison de la surface de verre accrue.

La destruction des membranes cellulaires dépend fortement de l'élasticité des cellules. Les composants cellulaires tels que les mitochondries ou le cytoplasme peuvent être fractionnés en faisant varier l'énergie ultrasonore enregistrée et donc la puissance d'extraction. Dans le cas de bactéries particulièrement résistantes (par exemple streptocoques), de champignons, de spores, de levures ou de tissus, une destruction directe avec des amplitudes ultrasonores très élevées est possible grâce aux pointes micros, ce qui permet d'obtenir une très grande quantité d'énergie.

Lors de la sonification de volumes de microlitre dans des coupelles de réaction, le contrôle de puissance s'avère particulièrement efficace, car il empêche la solution d'éclabousser hors du récipient en raison d'une puissance excessive et de la perte d'un matériau précieux. Si les cellules doivent être perturbées avec des parois cellulaires instables, seule une faible puissance ou une faible amplitude est requise. Afin d'ouvrir continuellement de grands volumes, on utilise des récipients spéciaux en verre ou en acier inoxydable avec une petite chambre de sondage, de sorte que chaque particule d'une suspension est traitée avec la même intensité. Les dommages thermiques aux constituants cellulaires peuvent être exclus si le récipient est en plus équipé d'une chemise de refroidissement. Afin d'éviter la contamination par des particules étrangères - par exemple des particules d'érosion de la sonotrode -, on préférera alors une sonification indirecte dans des coupelles de sonification ou des résonateurs à coupelle. Avec cette méthode, une intensité et un refroidissement uniformes sont obtenus.

Utilisations en biochimie et médecine :

Interuption des cultures de tissus

Les composants subcellulaires et les virus sont perturbés sans destruction.

Tests de paternité

Récupération rapide de l'hémolysat sans stromal à partir du sang EDTA du père pour l'évaluation de la paternité (réduction du temps de préparation d'environ 30 minutes).

Urologie

L'analyse de la membrane biochimique des composants des spermatozoïdes.

Recherche génétique

Extraction d'ADN à partir de matériel humain.

Préparation des liposomes

La désintégration de MLV (liposomes multilamellaires) en utilisant des ultrasons (20 kHz) est la méthode prédominante pour l'obtention de SLV (Liposomes Unilamellaires).

Préparation de protection contre la variole

Production d'une solution d'infection uniformément distribuée.

Dispersion

Avec l'énergie ultrasonique, des particules solides ou même des liquides peuvent être dispersés dans un autre support. Les poudres nanométriques telles que le dioxyde de titane ou la silice pyrogénée sont de plus en plus utilisées, notamment pour la réalisation de vernis ou pour le polissage de petites surfaces en raison de leur grande surface spécifique et du potentiel de réaction qui en découle. Ces substances ont également tendance à s'agglomérer, ce qui entraîne une détérioration de l'écoulement et du mouillage. Les agglomérats formés sont détruits au moyen d'un homogénéisateur à ultrasons et la dispersion est stabilisée en permanence contre la ré-agglomération.

Dans l'analyse granulométrique, la dispersion est très importante pour le processus de mesure. Les particules ne sont reconnaissables que dans le processus de mesure. Ainsi, les agglomérats non dispersés conduisent à des mesures incorrectes considérables. A l'aide d'ultrasons, les particules sont finement distribuées et ainsi préparées pour une mesure ultérieure.

Lors de l'émulsification avec des ultrasons, deux liquides non miscibles, tels que l'huile et l'eau, sont transformés en une émulsion quasi-homogène. Comparé aux méthodes conventionnelles avec des rotors, il est possible, à l'aide d'ultrasons, de produire des émulsions finement divisées avec une très petite taille de gouttelettes et une très grande stabilité. Il n'y a pas de formation de morceaux ou de grappes de gouttelettes ni de sédiments. Avec des procédés classiques tels que des rotors ou des agitateurs, une séparation lente conduit souvent à la séparation du liquide et une agitation trop rapide conduit à des inclusions d'air indésirables. Très souvent, les homogénéisateurs à ultrasons sont utilisés dans les pharmacies pour la production à petite échelle de pommades de haute qualité.

Les émulsions homogénéisées par ultrasons se présentent sous de nombreuses formes dans de nombreux produits courants, par exemple dans les cosmétiques ou les lotions.

Homogénéisation

Les applications techniques de l'homogénéisation par ultrasons vont de la production de peintures et de vernis à l'homogénéisation d'échantillons d'eaux usées et de sols à des fins d'analyse en passant par la préparation d'échantillons pour des analyses granulométriques. En particulier, les eaux usées industrielles sont constamment étudiées pour les métaux lourds, les graisses ou les huiles dans les laboratoires environnementaux afin de déclencher immédiatement des actions en cas de dépassement de la concentration. Pour les résultats d'analyse représentatifs, il est nécessaire de mettre les échantillons d'eaux usées dans un état homogène. Ceci est fait par homogénéisation ultrasonique dans un temps très court et avec une grande fiabilité.

Pour la caractérisation des déchets en matière d'enfouissement et d'évaluation des polluants tels que les HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques), les métaux lourds ou les hydrocarbures pétroliers dans les sols, l'extraction aux ultrasons est utilisée comme méthode d'homogénéisation plus rapide.

Dans l'agriculture, des homogénéisateurs à ultrasons sont utilisés dans la préparation des échantillons pour la détermination ultérieure de la teneur en THC du chanvre ainsi que pour la détermination des concentrations de HAP dans les aliments végétaux, par exemple les fraises, en fonction de la charge du sol.

Les homogénéisateurs à ultrasons sont utilisés très fréquemment dans le contrôle de la qualité des aliments. Pour respecter les valeurs limites, la teneur en nitrate du fromage doit être déterminée en laboratoire. La méthode précédente sur la distillation du xylénolméthanol et la détermination photométrique subséquente est toxicologiquement extrêmement discutable et particulièrement longue. Par conséquent, pour la détermination quantitative de la teneur en nitrate, le fromage est pré-déchiqueté mécaniquement. Ceci est suivi d'une homogénéisation particulièrement intensive et fine avec des ultrasons dans une cellule de rosette en très peu de temps. La taille de particule réalisable est inférieure à 1 micron et la filtration subséquente pour le lavage quantitatif des ions est grandement facilitée, car aucune formation de conglomérat ne peut avoir lieu.