[实用新型]一种细胞快速破碎装置

说明书

技术领域

本实用新型属于生物样本制备技术领域，适用于基因工程和细胞工程中的细胞破碎，具体是利用高频颤振研磨珠快速破碎细胞，以获取胞内活性物质，如DNA、RNA、酶、抗生素等。 

背景技术

在基因工程和细胞工程技术领域，经常需要获取细胞内的DNA、RNA、酶等活性物质，即样本制备。样本制备的首要步骤是将细胞外围结构(细胞壁和细胞膜)破碎，使欲提取的活性物质从细胞内释放出来。由此可见，细胞破碎的程度和效率直接影响着样本制备的优劣，甚至决定着样本制备的成败，其重要性不言而喻。 

细胞破碎的传统方法主要有酶溶破碎法、化学试剂破碎法、超声空化破碎法和珠磨破碎法等。 

酶溶破碎法是先利用溶解细胞壁的酶处理细胞，细胞壁受到破坏后，再利用渗透压冲击等方法破坏细胞膜，以使细胞内的活性物质得以释放。酶溶破碎法的显著特点是专一性强，即必须根据细胞的结构和化学组成来选择特定的酶，这意味着酶溶破碎法的通用性很差。而且，溶酶的价格较高，在很大程度上增加了样本制备的成本。 

化学试剂破碎法是利用某些化学试剂(如有机溶剂、表面活性剂、金属螯合剂等)，改变细胞壁和细胞膜的通透性，从而使胞内一些小分子活性物质渗透出来。这种方法对细胞壁和细胞膜的破坏程度不高，只能获取一些小分子酶蛋白和多肽，而DNA、RNA等大分子活性物质仍滞留在细胞内。通过化学试剂破碎细胞不仅耗时长、效率低，而且化学试剂的加入会给后续产物的分离、纯化带来困难，并影响最终产物的纯度。此外，有些化学试剂对人体有毒，危害操作人员的身体健康。 

超声空化破碎法是利用超声波处理细胞悬浮液，引发超声空化效应，悬浮液局部产生的强烈冲击波和剪切力使细胞破碎，进而释放出活性物质。超声空化破碎法是一种强烈的破碎方式，适用于多种类型细胞的破碎。但是这种方法的能量利用率极低，破碎过程中会产生大量的热量，会导致部分敏感物质变性失活，因而其对冷却有相当苛刻的要求。另外，这种方法需要超声波发生器、探头、液槽和控制系统，结构复杂，成本较高，一般只在实验室小规模细胞破碎中使用。 

珠磨破碎法是一种常用的细胞破碎方法，通过将研磨珠和细胞悬浮液一起快速搅拌，使得研磨珠与细胞之间互相剪切、碰撞，进而将细胞破碎，释放出胞内活性物质。这是目前比较成熟的技术，美国Next Advance公司的Bullet Blender就是一款基于珠磨破碎理论的细胞破碎仪，它采用高速旋转的转头直接击打装有研磨珠和待破碎细胞悬浮液的离心管。在转头击打的瞬间，离心管内的研磨珠将会剧烈的振动，与细胞相互剪切、撞击后，使细胞破碎， 释放出核酸、蛋白质、亚细胞结构等活性物质。该破碎仪虽然能方便快速地破碎大多数种类的细胞，但是它仍有很多缺陷和不足： 

首先，采用高速旋转的转头直接击打离心管，不仅会使离心管外壁受到严重的磨损，而且离心管受到瞬时冲击时可能会发生破裂或折断。特别是在破碎一些具有坚硬外壁的微生物(如革兰氏阳性菌、酵母菌、细菌芽孢等)时，转头在更高的速度下运转，这对离心管的瞬间冲击更为剧烈，很有可能会造成离心管的破裂或折断。 

其次，离心管内不同区域的研磨珠振动的剧烈程度不同，导致细胞破碎的程度不同。靠近击打部位的研磨珠振动较为剧烈，因而该区域的细胞破碎程度较高；相比之下，由于液体的缓冲减振作用，远离击打部位的研磨珠振动较弱，因为该区域的细胞破碎可能不充分。 

再次，高速旋转的转头击打离心管的瞬间，击打部位会产生很多的热量，这部分热量通过离心管传给细胞悬浮液，会使靠近击打区的液体温度升高，进而可能导致释放出来的亚细胞结构、DNA、RNA和酶等变性失活。 

最后，高速转头直接击打离心管，会产生相当刺耳的噪声。同时由于离心管是固定在破碎仪机体上的，转头击打离心管时会带动破碎仪机体在工作平台上振动，机体运行很不平稳。实际破碎细胞过程中，通常需要操作人员按压机体或采用其他机械结构将机体固定在工作平台上。 

综上所述，目前虽然已有很多细胞破碎方法，但其中大多数方法一般只能破碎动物细胞、革兰氏阴性菌等一些较易破碎的细胞，通常不能破碎革兰氏阳性菌、酵母菌、细菌芽孢等，应用范围相当局限。尽管珠磨破碎法能适应各种不同类型的细胞破碎，但是相应的设备仍有很多缺陷和不足，破碎效果不很理想。因此，需要开发出能适应多种类型细胞(主要包括动物细胞、革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、酵母菌、细菌芽孢等)的通用型细胞快速破碎装置。 

发明内容