Solujen fragmentointi on tärkeä vaihe rekombinanttiproteiinien tuotantoprosessissa. Ultraäänisolujen fragmentointi on ollut vuosikymmeniä laboratoriomittakaavan valintamenetelmä. Tämä prosessi vaatii korkean ultraääniamplitudin, joka sopii solususpensioon, mikä tuottaa merkittäviä leikkausvoimia. Leikkausvoima on seurausta voimakkaasta ultraäänikavitaatiosta, joka synnyttää voimakkaita epäsymmetrisiä imploio-tyhjökuplia ja aiheuttaa mikrosuihkuja, jotka aiheuttavat soluseinän repeämisen. Perinteisen ultraäänitekniikan rajoituksista johtuen tämän menetelmän teollinen toteutus ei kuitenkaan voi olla vähentämättä ultraääniaaltojen amplitudia ja kavitaatiosta aiheutuvien leikkausvoimien voimakkuutta, mikä vahingoittaa halkeiluprosessin tehokkuutta. Teollisen mittakaavan ultraäänisolulyyserillä on sama lyysitehokkuus kuin laboratoriolaitteilla, mutta ne tarjoavat korkeamman tuottavuuden.
Perinteiset ultraääni-nestekäsittelyjärjestelmät sisältävät ultraäänityökalupäät, joiden halkaisija on pienennetty lähtösuunnassa, ja ne voivat tarjota korkean ultraääniamplitudin vain, kun ulostulopää on hyvin pieni. Prosessin vahvistus vaatii vaihtamisen työkalupäähän, jolla on suurempi lähtöhalkaisija, joka voi tuottaa ultraäänienergiaa suurempaan määrään käsittelynestettä säilyttäen silti korkean amplitudin. Jos perinteisten työkalupäiden lähtöhalkaisija kuitenkin kasvatetaan teollisesti hyväksyttävään kokoon, niiden maksimiamplitudi pienenee merkittävästi eikä riitä vahingoittamaan soluja. Siksi perinteisten suuren amplitudin ultraääniprosessorien käyttö rajoittuu laboratoriotutkimuksiin, joita ei voida suoraan vahvistaa. FUNSONICin tutkimuksen ja kehityksen avulla tämä rajoitus on onnistuneesti voitettu, ja pilotti- ja teollisen mittakaavan ultraääniprosessoreita on rakennettu, jotka voivat tuottaa erittäin suuria amplitudeja ja toimia jatkuvasti.
Saccharomyces cerevisiae -solujen tuhoutuminen:
Teimme ultraäänikäymiskokeita käyttämällä kokeellisen tason ultraääni-nesteprosessoria ja pilottimittakaavan ultraääniprosessoria ja saimme seuraavat tiedot:
Suspendoi alkuperäiset täyteainekiteet, joiden keskimääräinen hiukkaskoko on 15,4 mikronia, orgaaniseen liuottimeen, jonka massaosuus on 5 %. Pinta-aktiivisia aineita tai muita aineita ei käytetty. Suspensiota kierrätetään reaktorikammion läpi nopeudella 4 l/min varastosäiliössä ja sekoitetaan 2 tuntia. Reaktiokammio on varustettu timantinmuotoisella tankotorvella, jonka halkaisija on 32 millimetriä ja amplitudi 90 mikronia. Koko toiminnan ajan jäähdytysvettä ohjataan reaktiokammion lämpötilansäätimellä virtaamaan kotelon läpi pitäen suspension lämpötilan 25 asteessa.
Kahden tunnin ultraäänihoidon jälkeen tarvittava keskimääräinen hiukkaskoko on noin 0,4 mikrometriä (400 nanometriä). Teollisen mittakaavan tuotannossa tämä ohjelma voi käyttää 3000 W:n teollista ultraääniprosessoria, joka lisää tuottavuutta 5 kertaa.
Ultraääni on yksinkertainen ja tehokas menetelmä muotoiltujen nanokiteiden valmistukseen. Timanttityökalujen päiden avulla tätä prosessia voidaan suoraan laajentaa, mikä mahdollistaa laboratoriotulosten saavuttamisen teollisissa tuotantoympäristöissä.