超高壓細(xì)胞破碎儀(High Pressure Cell Disrupter,簡稱HPCD),是一種用于裂解和分離生物細(xì)胞、細(xì)菌等樣品的電氣化學(xué)儀器。該裝置能迅速打破樣品中質(zhì)壁具有強(qiáng)度的物理和化學(xué)結(jié)構(gòu),從而釋放出內(nèi)部的細(xì)胞器結(jié)構(gòu)。工作時,將含有待破碎的樣品注入到一個鋼制腔室中,再通過壓縮空氣使壓力在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)下增加至高壓狀態(tài),然后再突然卸壓,使壓力突然下降,樣品因受高壓氣體的沖擊而瞬間斷裂。這是由于其內(nèi)部的高壓流體產(chǎn)生了高速動能(1 - 3 m/s),能瞬間摧毀細(xì)胞結(jié)構(gòu),將樣品變成可處理的膠體懸濁液。
通常情況下,樣品與帶電粒子以及微小的玻璃或硬金屬珠子混合,當(dāng)均勻地混合物經(jīng)過窄且長的破碎孔道方向傳遞之后,對細(xì)胞壁施加高壓,同時進(jìn)行物理摩擦,并在切向壓力方向上施加居中作用。這些多樣化的作用特點(diǎn)使HPCD被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、基因工程和食品制造等領(lǐng)域。操作簡便,可重復(fù)性好且樣品并不需要額外預(yù)處理,與傳統(tǒng)方法相比,有效提高了實(shí)驗(yàn)效率和減少破碎菌體中生物活性變化的可能性。但是,在使用時一定要重視安全措施,例如穿戴嚴(yán)格的防護(hù)手套和眼鏡等裝具,以免受到高速氣流和微粒的傷害。
超高壓細(xì)胞破碎儀主要由三個部分組成,包括驅(qū)動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和樣品處理單元。其中,驅(qū)動系統(tǒng)提供所需要的超高壓力來破碎細(xì)胞,控制系統(tǒng)則依據(jù)用戶需求對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行操作,而樣品處理單元則進(jìn)行具體樣品的破碎過程。
在超高壓細(xì)胞破碎儀內(nèi),樣品裝置被放置在冷卻器內(nèi)并與冷卻液相互隔離。樣品裝置內(nèi)部存在一個特殊的設(shè)計,可以在高壓力下保持相對穩(wěn)定的壓強(qiáng),從而防止任何水的形成。液壓單元將壓縮空氣加壓到樣品裝置內(nèi)部,并通過恒溫控制器對樣本進(jìn)行準(zhǔn)確定溫。當(dāng)捆扎綁定的氣壓達(dá)到一定數(shù)值時,這些氣體會在樣品中產(chǎn)生一個類似于水錘的效應(yīng),使其發(fā)生瞬間變形,從而導(dǎo)致樣品內(nèi)大分子裂解成蛋白亞基和其他組分。
這樣通過超高壓力的加速,在短時間內(nèi)就能破碎生物細(xì)胞壁、細(xì)胞核和其他顆粒,得到高質(zhì)量的生物樣本。破碎后的樣品可以進(jìn)一步用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的測定、酶活性測試等研究。