[發明專利]一種通用型顫振珠磨式細胞快速破碎裝置

有效

• 申請號: 201210301788.0
• 申請日: 2012-08-23
• 公開（公告）號: CN102824943A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 喬龍學;杜耀華;吳太虎;陳鋒;程智;顧彪;李抄;李辰宇
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍軍事醫學科學院衛生裝備研究所
• 主分類號: B02C17/14
• 分類號: B02C17/14;B02C17/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于生物樣本制備技術領域，適用于基因工程和細胞工程中的細胞破碎，具體是利用高頻顫振研磨珠快速破碎細胞，以獲取胞內活性物質，如DNA、RNA、酶、抗生素等。

背景技術

在基因工程和細胞工程技術領域，經常需要獲取細胞內的DNA、RNA、酶等活性物質，即樣本制備。樣本制備的首要步驟是將細胞外圍結構(細胞壁和細胞膜)破碎，使欲提取的活性物質從細胞內釋放出來。由此可見，細胞破碎的程度和效率直接影響著樣本制備的優劣，甚至決定著樣本制備的成敗，其重要性不言而喻。

細胞破碎的傳統方法主要有酶溶破碎法、化學試劑破碎法、超聲空化破碎法和珠磨破碎法等。

酶溶破碎法是先利用溶解細胞壁的酶處理細胞，細胞壁受到破壞后，再利用滲透壓沖擊等方法破壞細胞膜，以使細胞內的活性物質得以釋放。酶溶破碎法的顯著特點是專一性強，即必須根據細胞的結構和化學組成來選擇特定的酶，這意味著酶溶破碎法的通用性很差。而且，溶酶的價格較高，在很大程度上增加了樣本制備的成本。

化學試劑破碎法是利用某些化學試劑(如有機溶劑、表面活性劑、金屬螯合劑等)，改變細胞壁和細胞膜的通透性，從而使胞內一些小分子活性物質滲透出來。這種方法對細胞壁和細胞膜的破壞程度不高，只能獲取一些小分子酶蛋白和多肽，而DNA、RNA等大分子活性物質仍滯留在細胞內。通過化學試劑破碎細胞不僅耗時長、效率低，而且化學試劑的加入會給后續產物的分離、純化帶來困難，并影響最終產物的純度。此外，有些化學試劑對人體有毒，危害操作人員的身體健康。

超聲空化破碎法是利用超聲波處理細胞懸浮液，引發超聲空化效應，懸浮液局部產生的強烈沖擊波和剪切力使細胞破碎，進而釋放出活性物質。超聲空化破碎法是一種強烈的破碎方式，適用于多種類型細胞的破碎。但是這種方法的能量利用率極低，破碎過程中會產生大量的熱量，會導致部分敏感物質變性失活，因而其對冷卻有相當苛刻的要求。另外，這種方法需要超聲波發生器、探頭、液槽和控制系統，結構復雜，成本較高，一般只在實驗室小規模細胞破碎中使用。

珠磨破碎法是一種常用的細胞破碎方法，通過將研磨珠和細胞懸浮液一起快速攪拌，使得研磨珠與細胞之間互相剪切、碰撞，進而將細胞破碎，釋放出胞內活性物質。這是目前比較成熟的技術，美國Next?Advance公司的Bullet?Blender就是一款基于珠磨破碎理論的細胞破碎儀，它采用高速旋轉的轉頭直接擊打裝有研磨珠和待破碎細胞懸浮液的離心管。在轉頭擊打的瞬間，離心管內的研磨珠將會劇烈的振動，與細胞相互剪切、撞擊后，使細胞破碎，釋放出核酸、蛋白質、亞細胞結構等活性物質。該破碎儀雖然能方便快速地破碎大多數種類的細胞，但是它仍有很多缺陷和不足：

首先，采用高速旋轉的轉頭直接擊打離心管，不僅會使離心管外壁受到嚴重的磨損，而且離心管受到瞬時沖擊時可能會發生破裂或折斷。特別是在破碎一些具有堅硬外壁的微生物(如革蘭氏陽性菌、酵母菌、細菌芽孢等)時，轉頭在更高的速度下運轉，這對離心管的瞬間沖擊更為劇烈，很有可能會造成離心管的破裂或折斷。

其次，離心管內不同區域的研磨珠振動的劇烈程度不同，導致細胞破碎的程度不同。靠近擊打部位的研磨珠振動較為劇烈，因而該區域的細胞破碎程度較高；相比之下，由于液體的緩沖減振作用，遠離擊打部位的研磨珠振動較弱，因為該區域的細胞破碎可能不充分。

再次，高速旋轉的轉頭擊打離心管的瞬間，擊打部位會產生很多的熱量，這部分熱量通過離心管傳給細胞懸浮液，會使靠近擊打區的液體溫度升高，進而可能導致釋放出來的亞細胞結構、DNA、RNA和酶等變性失活。

最后，高速轉頭直接擊打離心管，會產生相當刺耳的噪聲。同時由于離心管是固定在破碎儀機體上的，轉頭擊打離心管時會帶動破碎儀機體在工作平臺上振動，機體運行很不平穩。實際破碎細胞過程中，通常需要操作人員按壓機體或采用其他機械結構將機體固定在工作平臺上。

綜上所述，目前雖然已有很多細胞破碎方法，但其中大多數方法一般只能破碎動物細胞、革蘭氏陰性菌等一些較易破碎的細胞，通常不能破碎革蘭氏陽性菌、酵母菌、細菌芽孢等，應用范圍相當局限。盡管珠磨破碎法能適應各種不同類型的細胞破碎，但是相應的設備仍有很多缺陷和不足，破碎效果不很理想。因此，需要開發出能適應多種類型細胞(主要包括動物細胞、革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、酵母菌、細菌芽孢等)的通用型細胞快速破碎裝置。

發明內容

為解決現有細胞破碎方法和設備的諸多缺陷，基于珠磨破碎理論，本發明提供一種結構簡單、操作方便、運行平穩、成本較低的通用型顫振珠磨式細胞快速破碎裝置。