浅谈常用细胞破碎方法介绍

随着生物技术的逐渐发展,生物所产生的各种代谢产物也逐渐被人们发现其有用的一面,但是在获得目的产物过程中,往往因为不同产物所处的生物个体不同,造成了个体差异性,所以为了获得大量,不被破坏的产物,往往针对不同生物个体选用不同的细胞破碎技术来做预处理。现将几年来一直常用的细胞破碎技术介绍一下: 
    **词:细胞破碎 机械法 酶法 (一)细胞破碎的定义 
1.细胞破碎(cell rupture)技术:利用外力破坏细胞膜和细胞壁,使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术。 
2.破碎各种细胞的主要阻力: 
  2.1破碎细菌细胞的主要阻力:肽聚糖网状结构的致密程度和强度,取决于聚糖链上所存在的肽键的数量和其交联的程度; 
  2.2 破碎酵母细胞的阻力:葡聚糖交联的紧密程度和它的厚度; 
  2.3 破碎霉菌细胞的阻力:葡聚糖网状结构的交联度,几丁质或纤维素的纤维状结构。  
 (二) 细胞破碎的方法 1.机械法  
1.1高压匀浆破碎法(homogenization) 高压匀浆器(High pressure homogenizer) 
操作原理:在高压下迫使细胞浆液在排出阀的小孔中高速冲出,并射向撞击环上,使细胞受到高的液相剪切力而破碎。 操作方式:单次或多次循环 出口温度:20℃左右 压力:55-70Mpa  
适用范围:酵母和大多数细菌细胞的破碎。 
料液细胞浓度:20%左右。☆团状和丝状菌,不宜使用。  注意事项: 
(1)操作温度:↑2-3℃/10MPa (2)对料液作冷却处理。 
(3)多组破碎操作中需要在级间设置冷却装置可有效防止温度上升,保护产物活性。 
(4)较易造成堵塞的团状或丝状真菌,较小的革兰氏阳性菌以及有些亚细胞器,质地坚硬,易损伤匀浆阀,也不适合该法处理【1】
。 1.2珠磨机研磨 
珠磨机研磨:将细胞悬浮液与玻璃小珠、石英砂或氧化铝等研磨剂一起快速搅拌,使细胞获得破碎。 
工作原理:细胞的破碎是由剪切力层之间的碰撞和磨料的滚动而引起,磨室配有冷却夹套。 注意事项:操作参数较多,一般凭经验估计并且珠子之间的液体损失30%左右。 1.3.超声波破碎 
超声波破碎:利用超声波振荡器发射的15-25kHz的超声波处理细胞悬浮液。 超声波振荡器的组成:发生器和换能器, 
机理:在超声波作用下液体发生空化作用( cavitation),空穴的形成、增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力,使细胞破碎。 
破碎效率与细胞种类、浓度和超声波的声频、声能有关。 适用范围:很强烈的破碎方法,适用于多数微生物的破碎。 
注意事项:对冷却的要求苛刻,不易放大,用于实验室规模的细胞破碎,处理少量样品时操作简单,液量损失少,但是超声波产生的化学自由集团能使某些敏感性活性物质变形失活,而且大容量装置声能传递,散热均有困难。  
2.非机械法  
2.1酶解(酶溶法 Enymatic lysis):利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞,使细胞壁受到部分或完全破坏后,再利用渗透压冲击等方法破坏细胞膜,进一步增大胞内产物的通透性。 
特点: 条件温和、选择性地释放产物、胞内核酸等泄出量少,细胞外形较完整,便于后步分离等、价格高。 
注意事项:易造成产物抑制作用,这可能使导致胞内物质释放效率低的一格重要因素,而且溶酶价格高,限制了大规模利用,若回收溶酶,则又增加了分离纯化溶酶的操作,另外酶溶法通用性差,不同菌种选择的酶不同。 
2.2.渗透压冲击法:较温和、高渗溶液能够快速稀释,引起细胞快速膨胀破裂。  2.3.冻结-融化法:将细胞放在低温下冷冻(约-15℃),然后在室温中融化,反复多次而达到破壁作用,适用于细胞壁较脆弱的菌体。 
2.4.化学法 采用化学法处理可以溶解细胞或抽提胞内组分。常用酸、碱、表面活性剂和有机溶剂等。 
注意事项:作用时间较长,效率低,化学试剂毒性较强,同时对产物也有毒害作用,通用性差,某种试剂只能作用于某些特定类型的微生物细胞。  
   以上为近几年,生物工程下游技术中常用的细胞破碎常用技术,不同的破碎方法使用的生物对象不同,可谓也是各有千秋,在我们实际生产以及实验应用中,应当尽量考虑全面,选择**科学以及**有效的方法。