表面活性剂在细胞破碎的应用
生物分离工程5(细胞破碎技术)
01
02
03
04
生物制药
用于提取和分离药物、蛋白质 、酶等生物制品。
食品工业
用于提取植物和动物细胞中的 营养成分，如植物油、动物蛋
白等。
环境科学
用于处理废水中的有害物质， 如重金属、有机污染物等。
农业领域
用于提取植物细胞中的有用成 分，如植物激素、天然色素等
。
02
细胞破碎技术的基本原理
物理法
01
表面活性剂法
利用表面活性剂改变细胞 壁的通透性，使细胞内容 物释放出来。
有机溶剂法
利用有机溶剂如丙酮、乙 醇等溶解细胞壁，使细胞 内容物释放出来。
生物法
酶解法
利用酶如溶菌酶、蛋白酶等将细胞壁分解，使细胞内容物释 放出来。
细菌分泌的蛋白酶
利用某些细菌分泌的蛋白酶将细胞壁分解，使细胞内容物释 放出来。
细胞破碎技术的历史与发展
最早的细胞破碎技术可以追溯到19世纪末，当时人们开始使用机械研磨法破碎细胞。
随着科技的发展，出现了多种新型的细胞破碎技术，如超声波破碎、高压均质破碎、 化学渗透压破碎等。
近年来，随着生物技术的快速发展，细胞破碎技术也在不断改进和完善，以满足更 高效、环保和低成本的需求。
细胞破碎技术的应用领域
细胞破碎过程需要消耗大量的能量，这可能导致生产成本的增
加。
可能引起样品污染
02
在破碎过程中，如果设备或条件控制不当，可能会引起样品的
交叉污染或样品中原有成分的降解。
对细胞的损伤
03
高强度的破碎条件可能会对细胞内部结构造成损伤，影响后续
的分离和提取过程。
04
细胞破碎技术的应用案例
在制药行业中的应用
提dna步骤及原理
提dna步骤及原理DNA提取是一种分离纯化DNA的过程，它可以用于分子生物学的各种实验和研究。
以下是DNA提取的步骤及原理：步骤1：细胞破碎首先，需要将目标细胞破碎以释放DNA。
这可以通过机械方式（如刮取细胞）或者化学方式（如孵育细胞在酶溶液中）来完成。
破碎细胞的目的是破坏细胞膜和核膜，释放DNA。
步骤2：细胞溶解接下来，要将破碎细胞中的蛋白质和其他细胞组分溶解。
这可以通过加入表面活性剂（如SDS）来破坏蛋白质的结构，使其变为可溶解状态。
细胞溶解的目的是除去蛋白质和其他细胞成分，保留DNA。
步骤3：蛋白质沉淀通过加入盐类，可以使DNA溶液中的蛋白质形成沉淀。
盐类中的离子与蛋白质形成复合物，使其聚集在一起并沉淀到溶液底部。
这一步的目的是除去大部分蛋白质，净化DNA溶液。
步骤4：DNA沉淀将溶液中的DNA沉淀到管壁上，可以通过加入酒精或其他有机溶剂来实现。
这些溶剂改变了DNA溶液的物理性质，使DNA变得不溶于水而沉淀。
这一步的目的是分离纯化DNA。
步骤5：洗涤和纯化DNA最后，通过洗涤沉淀的DNA，可以除去残留的盐类和其他杂质。
洗涤可以使用乙醇或其他缓冲液。
洗涤后，可以用缓冲液溶解DNA并进一步纯化。
DNA提取的原理是基于DNA和其他细胞成分的物理和化学特性的差异。
其中，细胞破碎和溶解步骤破坏了细胞膜和核膜，并释放了DNA。
蛋白质沉淀和DNA沉淀步骤利用了盐类和有机溶剂对不同分子的溶解性差异，将蛋白质和DNA分离。
洗涤步骤则进一步清洁和纯化DNA。
整个过程旨在从复杂的细胞混合物中分离纯化出DNA，以便在后续实验中进行分析和应用。
常用的几种细胞破碎方法介绍
随着重组DNA技术得到广泛应用以来，生物技术发生了质的飞跃。很多基因工程产物都是胞内物质，必须将细胞破壁，使产物得以释放，才能进一步提取，因此细胞破碎是提取胞内产物的关键步骤，破碎方法的得当与否，直接影响到所提取产品的产量、质量和生产成本。现将近年来常用的几种细胞破碎方法介绍一下。 1. 高压匀浆法 设备是高压匀浆器，它由高压泵和匀浆间组成，美国Microfluidics公司和ATS公司均有产品出售。其破碎机理：细胞在一系列过程中经历了高速造成的剪刀，碰撞以及由高压到常压的变化从而造成细胞的破碎。 存在的问题；较易造成堵塞的团状或丝状真菌，较小的革兰氏阳性首以及有些亚细胞器，质地坚硬，易损伤匀浆阀，也不适合用该法处理。 2. 高速珠磨法 设备是珠后机，瑞士WBC公司和德国西门子机械公司均制造各种型号的珠磨机，其破碎机下：微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂在搅拌浆作用下充分混合，珠子之间以及珠子和细胞之间和互相剪切、碰撞，促使细胞壁破碎，释出内含物，在珠波分离器的协助下，珠子被滞留在破碎室内，浆液流出，从而实现连续操作，破碎中，生的热量由夹套中的冷却液带走。 存在的问题：操作参数多，一般赁经验估计并且珠子之间的液体损失30％左右。 3. 超声破碎 频高于15-20KHz的超声波在高强度声能输入下可以进行细胞破碎。其破碎机理：可能与空化现象引起的冲击波和剪切力有关。超声破碎的效率与声频、声能、处理时间、细胞浓度及首种类型等因素有关。 存在问题；超声波破碎在实验室规模应用较普遍，处理少量样品时操作简便，液量损失少，但是超声波产生的化学自由基团能使某些敏感性活性物质变性失活。而且大容量装置声能传递，散热均有困难。 4. 酶溶法 就是用生物酶将细胞壁和细胞腊消化溶解的方法。常用的溶酶有溶菌酶β-1．3-葡聚糖酶、蛋白酶等。 存在的问题；易造成产物抑制作用，这可能是导致胞内物质释放率低的一个重要因素。而且溶酶价格高，限制了大规模利用。若回收溶酶，则又增加百分离纯化溶酶的操作。另外酶港法通用性差，不同菌种需选择不同的酶。 5. 化学渗透法 某些有机溶剂（如苯、甲苯）、抗生素、表面活性剂、金属螯合剂、变性剂等化学药品都可以改变细胞壁或膜的通透性从而使内合物有选择地渗透出来。其作用机理；化学渗透取决于化学试剂的类型以及细胞壁和膜的结构与组成。 存在的问题；时间长，效率低；化学试剂毒性较强，同时对产物也有毒害作用，进一步分离时需要用透析等方法除去这些试剂；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。 本文介绍了几种细胞破碎的方法，可谓各有千秋，在实际应用中，应尽量考虑全面，选择最科学、有效的方法。
细胞破碎技术
四、细胞破碎某些蛋白质在细胞培养时被宿主细胞分泌到培养液中，提取过程只需直接采用过滤和离心进行固液分离，然后将获得的澄清滤液再进一步纯化即可，其后续分离和纯化都相对简单。
但由于一些重组DNA(rDNA)产品结构复杂，必须在细胞内组装来获得生物活性，如果在培养时被宿主细胞分泌到培养液中，其生物活性往往有所改变，此类生物产品是细胞内产品(非分泌型)，这些产品主要为医药和保健产品，对于这类产品的提取，需要先应用细胞破碎技术破碎细胞，使细胞内产物释放到液相中，然后再进行提纯，为后续的分离纯化做好准备工作。
细胞破碎技术是指利用外力破坏细胞壁和细胞膜，使细胞内容物包括目的产物成分释放出来的技术，是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质(产品)的基础。
随着重组DNA技术和组织培养技术上的重大进展，以前认为很难获得的蛋白质现在都可以大规模生产。
微生物细胞和植物细胞外层均为细胞壁，细胞壁里面是细胞膜，细胞膜和它所包围的细胞浆合称为原生质体。
动物细胞没有细胞壁，仅有细胞膜。
通常情况下，细胞壁较坚韧，细胞膜脆弱，易受渗透压冲击而破碎，因此细胞破碎的阻力主要来自于细胞壁。
基于遗传和环境等因素，不同类型生化物质其细胞壁的结构和组成不完全相同，故细胞壁的机械强度不同，细胞破碎的难易程度也就不同。
此外，不同的生化物质其稳定性有较大差别，在破碎过程中应防止变性和被胞内的酶水解。
因此，破碎方法的选择和操作条件的优化是十分必要的。
(一)机械破碎法机械破碎法分为高压匀浆破碎法、高速搅拌珠研磨破碎法和超声波破碎法三种。
1．高压匀浆破碎法Manton Gaulin高压匀浆器是高压匀浆破碎法常用的设备，它由可产生高压的泵和排出阀组成，排出阀具有狭窄的小孔，其大小可以调节。
细胞浆液通过止逆阀进入泵体内，在高压下迫使其在排出阀的小孔中高速冲出，并射向撞击环上，由于突然减压和高速冲击，使细胞受到高的液相剪切力而破碎。
在操作方式上，可以采用单次通过匀浆器或多次循环通过等方式，也可连续操作。
细胞破碎技术与设备
缺点：溶酶价格高，溶酶法通用性差（不同菌种需 选择不同的酶），产物抑制的存在。 在溶酶系统中，甘露糖对蛋白酶有抑制作用，葡聚 糖抑制葡物产生过剩的溶胞酶或激发自身溶 胞酶的活力，以达到细胞自溶的目的。
影响自溶过程的主要因素有温度、时间、pH 值、激活剂和细胞代谢途径等。
缺点是：对不稳定的微生物，易引起所需蛋 白质的变性，自溶后细胞悬浮液粘度增大，过 滤速度下降。
2、化学渗透法（Chemical permeation）
某些化学试剂，如有机溶剂、变性剂、 表面活性剂、抗生素、金属螯合剂等，可 以改变细胞壁或膜的通透性（渗透性）， 从而使胞内物质有选择地渗透出来。
• 特点：主要用于实验室中。该法对冷冻 －融解敏感的生化物质不适用。
5、超声破碎法
• 工作原理：利用超声波振荡器发射的1525kHz的超声波处理细胞悬浮液，由于超 声波的空化作用而使细胞破碎。
• 特点：超声波振荡容易引起温度的剧烈 上升，操作时可以在细胞悬浮液中投入 冰或在夹套中通入冷却剂进行冷却。
细胞破碎技术与设备
1 Summary 概述 2 Cell Wall 细胞壁
3 Methods and Machines 细胞破碎方法与设备
1 Summary 概述
• 生物分离的第一步是将生物机体从发酵液 中分离，通常使用过滤和离心等方法。
• 发酵细胞的代谢产物有的分泌到细胞或组 织之外，还有许多是存在于细胞内部。
• 超声破碎的效率与声频、声能、处理时间、 细胞浓度及首种类型等因素有关。
• 超声波振荡器以可分为槽式和探头直接插 入介质两种型式。
• 结构组成：超声波发生器、探头、机架、 液槽、控制系统等。
酵母细胞破壁技术研究与应用进展
微波是频率介于３００ＭＨｚ和３００ＧＨｚ之间的 电 磁 波，微波加热法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｈｅａｔｉｎｇ）是利用微波场将电 能转化为热能。导致细胞内的极性物质尤其是水分子
４．１．２ 外加葡聚糖酶进行破壁 鉴于酵母的细胞壁中 有大量的葡聚糖成分，葡聚糖对支持酵母细胞壁的
结构有着举足轻重的作用。因此，人们在破碎细胞
壁时常加入葡聚糖酶来破坏细胞壁。但是仅加入葡
聚糖酶破壁效果并不是很好，因此加酶常常结合其
它破壁方法使用。
４．２ 破坏细胞壁的蛋白质层 ４．２．１ 表面活性剂处理法 酵母细胞壁含有５％～１０％
工艺技术
酵母细胞破壁技术研究 与应用进展
杨翠竹，李 艳，阮 南，牟德华，康明丽 （河北科技大学生物科学与工程学院，石家庄 ０５００１８）
摘要：随着啤酒行业的发展，啤酒生产中带来的废酵母数量与日俱增，造成了环境污染，废酵母的再利用成为人们关
注的焦点。酵母细胞内具有丰富的营养物质，充分利用这些营养物质需要对酵母细胞进行破壁，因而破壁技术就显
收稿日期：２００６－ ０４－ ２７ 基金项目：石家庄市科技局重大科技攻关课题（０５１１７１３２Ａ）。 作者简介：杨翠竹（１９７７－ ），女（汉族），硕士研究生，研究方向为传统发酵创新技术研究。
１３８ Ｎｏ． ７． ２００６
工艺技术
工厂已经意识到了这一点，因此他们把废酵母进行
干燥，作为饲料卖给周围的饲养户。这样处理费酵 母就存在酵母的附加值比较低的问题，如何更好的
细胞破碎技术
细胞破碎技术
细胞破碎技术是一种将细胞壁破坏并使细胞内部成分释放出来的方法。
这种技术常用于提取和分离细胞内的蛋白质、DNA、RNA等分子。
常见的细胞破碎技术包括机械破碎、超声破碎、冻融破碎和化学破碎等方法。
1. 机械破碎：使用研钵、高速搅拌器、螺旋刀等机械设备对细胞进行破碎，通过物理力使细胞破裂，并释放出细胞内的分子。
2. 超声破碎：利用高频率的超声波对细胞进行振荡，产生剧烈的机械剪切力和微小气泡的崩溃，从而破碎细胞壁。
3. 冻融破碎：将细胞冷冻后迅速加热，重复冻结和加热的过程会使细胞壁破裂，并释放出细胞内的成分。
4. 化学破碎：利用化学试剂对细胞进行处理，如使用碱性溶液、表面活性剂或酶，以破坏细胞壁，使细胞破碎并释放出细胞内的分子。
细胞破碎技术广泛应用于细胞生物学、分子生物学、生物化学等领域，可用于提取纯化目标分子、研究细胞内的代谢过程、检测疾病标志物等。
细胞破碎
方法
技术
机 研磨法
械 法 组织捣碎法
原理
效果 成本
细胞被研磨物磨碎 适中 便宜
细胞被捣碎机捣碎 适波法
须使细胞通过的小 孔，使细胞受到剪 切力而破碎
用超声波的空穴作 用使细胞破碎
剧烈 适中
适中 昂贵
细胞悬浮液大 规模处理
细胞悬浮液小 规模处理
方法
技术
原理
效果 成本
举例
HC23-高压细胞破碎 DY89-1 型电动玻璃匀
机
浆机
（三）超声波破碎 破碎原理：超声波作用下液体发生空化作用，产生极大的
冲击波和剪切力，使细胞破碎。
超声波破碎仪
二 非机械法
（一）酶溶法 1 原理：利用酶反应分解破坏细胞壁组分的特殊化学键，从 而达到破碎细胞的目的。 2方法 （1）外加酶法：根据细胞壁的组分组成特点，选用合适的酶 ，分解破坏细胞壁，然后在低渗溶液中使细胞破裂。
4.渗透压冲击法 细胞在高渗透压介质中平衡后，再突然 将其转至低渗透压环境中，水会大量进入细胞，使细胞壁和膜胀 破
5. 撞击破碎法 细胞冷冻后成为刚性球体，降低破碎难度。 操作：细胞喷雾高速冻结高速载气（300 m/s氮气流）将冻结的 微粒子送入破碎室，高速撞击撞击板。
高速氮气 冷冻细胞
细胞壁的破碎方法总结
影响因素：温度 、时间 、 p H 、激活剂和细胞代谢途 径
（二）化学破碎法
1 概念 利用某 些化学试剂 改变细胞壁或细胞膜的通透性（渗透
性）使胞内物质有选择地渗透出来 的处理方法叫化学破碎法。 2常用的化学试剂 （1）有机溶剂法
有机溶剂可破坏细胞壁或膜中的类脂结构 ，从而改变细胞 壁或细胞膜的透过性 ，再经提取可使膜结合的酶或胞内酶等释 放到胞外 。
细胞破碎方法
破碎技术除了某些细胞外的多肽激素和某些蛋白质与酶以外，对于细胞内或多细胞生物组织中的各种生物大分子的分离纯化，都需要事先将细胞和组织破碎，使生物大分子充分释放到溶液中，并不丢失生物活性。
不同的生物体或同一生物体的不同部位的组织，其细胞破碎的难易不一，使用的方法也不相同，如动物脏器的细胞膜较脆弱，容易破碎，植物和微生物由于具有较坚固的纤维素、半纤维素组成的细胞壁，要采取专门的细胞破碎方法。
1.机械破碎(1)研磨研磨是将剪碎的动物组织置于研钵或匀浆器中，加入少量石英砂研磨或匀浆，即可将动物细胞破碎，这种方法比较温和，适宜实验室使用。
工业生产中可用电磨研磨。
细菌和植物组织细胞的破碎也可用此法。
(2)匀浆匀浆这是一种较剧烈的破碎细胞的方法，通常可先用家用食品加工机将组织打碎，然后再用10000r/min-20000r/min 的内刀式组织捣碎机(即高速分散器)将组织的细胞打碎，为了防止发热和升温过高，通常是转10秒-20秒，停10秒-20秒，可反复多次。
(3)胶体磨胶体磨的基本原理是流体或半流体物料在离心力的作用下，强制通过高速相对运动的定齿与动齿之间，使物料受到强大的剪切力，磨擦力、高频振动和高速旋涡等复杂力等作用，有效地被粉碎、乳化、均质、混合，从而达到精细超微的效果。
定转子间的高速相对运动是使胶体磨工作获得物理微细度的主要条件，只有提高磨盘的精密度与线速度，才能达到良好的加工效果。
2. 物理破碎(1)压榨压榨是一种温和的、彻底破碎细胞的方法。
在1000×105Pa-2000×105Pa 的高压下使几十毫升的细胞悬液通过一个小孔突然释放至常压，细胞将彻底破碎。
这是一种较理想的破碎细胞的方法，但仪器费用较高。
(2)冷热交替冷热交替是在90℃左右维持数分钟，立即放入冰浴中使之冷却，如此反复多次，绝大部分细胞可以被破碎，细菌或病毒中提取蛋白质和核酸时可用此技术。
(3)反复冻融反复冻融是将待破碎的细胞冷至15℃-20℃，然后放于室温(或40℃)迅速融化，如此反复冻融多次，由于细胞内形成冰粒使剩余胞液的盐浓度增高而引起细胞破碎。
大肠杆菌细胞破碎的方法
大肠杆菌细胞破碎的方法
大肠杆菌是常见的一种细菌，破碎大肠杆菌细胞可以用于提取蛋白质、核酸等目的。
以下是常用的几种大肠杆菌细胞破碎的方法。
1.物理破碎法：
(1)超声波破碎法：将大肠杆菌培养物置于超声波水浴中，通过高频
振动破碎细胞壁。
超声波破碎法操作简单，破碎效果好，但需注意温度控制，避免细胞内容物的热失活。
(2)高压破碎法：将大肠杆菌细胞悬浮液注入高压装置，通过高压力
将细胞破碎。
高压破碎法操作较复杂，需要高压装置，但破碎效果较好。
(3)化学破碎法：用氨基磺酸(SDS)等表面活性剂破坏脂膜结构，破碎
细胞。
2. 酶处理法：使用酶来消化大肠杆菌细胞壁，达到破碎细胞的目的。
常用的酶有裂解酶 (lysozyme) 和胰蛋白酶 (trypsin)等。
将大肠杆菌细
胞悬浮液与酶溶液混合，可在室温或低温下静置，待细胞壁完全消化后，
用冷离心机将细胞破碎。
3.冻融破碎法：将大肠杆菌培养物冷冻，然后加入浸泡在恒温水中的
冷微晶纤维素或硅胶颗粒，使细胞黏附在颗粒上。
再用离心机离心沉淀，
将上清液倒掉，然后加入冷离心缓冲液悬浮，再次离心沉淀，破碎细胞。
4.震荡方法：将大肠杆菌细胞悬浮液加入离心管或试管中，使用齿条
式震荡器或超声震荡器进行震荡，使细胞壁破碎。
细胞破碎的方法选择应根据实验的具体需求和条件来决定。
在选择方法时，应综合考虑细胞破碎效果、操作简便性、设备和试剂的可获得性，以及对目标物质的保护等因素。
浅谈常用细胞破碎方法
浅谈常用细胞破碎方法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：关键词：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。
表面活性剂的功能与应用乳化与破乳作用
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破乳剂在污水处理中的应用
其他表面活性剂的应用领域
表面活性剂在食品工业中广泛应用于食品添加剂和加工助剂，如稳定剂、增稠剂和消泡剂等。
在医药领域，表面活性剂作为药物载体和药物增溶、稳定剂，有助于提高药物的生物利用度和稳定性。
表面活性剂在破乳过程中的作用
破乳是指将乳状液破坏，使油水两相分离的过程。表面活性剂在破乳过程中起到关键作用。通过改变表面活性剂的种类和浓度，可以调节乳状液的稳定性，从而实现油水相的有效分离。
表面活性剂在乳化与破乳中的重要性
表面活性剂在乳化与破乳过程中起着至关重要的作用。它们能够显著影响乳状液的形成、稳定性和分离效果。通过合理选择和应用表面活性剂，可以实现高效的乳化和破乳过程，广泛应用于石油、化工、食品和制药等领域。
表面活性剂在乳化与破乳中的作用与重要性
未来研究方向与展望
深入研究表面活性剂的分子结构和性能关系：进一步了解表面活性剂的分子结构与其乳化、破乳性能之间的关系，有助于发现新型高效的表面活性剂，提高乳化与破乳效果。
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影响乳状液稳定性的因素
界面膜的强度、界面电荷、温度、外力等。
乳状液的类型与稳定性
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降低界面张力
表面活性剂能够显著降低油水界面张力，使油滴更容易形成和稳定。
形成界面膜
表面活性剂分子在油水界面上定向排列，形成具有一定强度的界面膜，防止油滴合并和破裂。
电荷稳定作用
某些表面活性剂能够使乳状液界面带电，产生静电排斥力，提高乳状液的稳定性。
表面活性剂在乳化过程中的作用
ctab原理
ctab原理CTAB（Cetyltrimethylammonium Bromide）是一种阳离子表面活性剂，它的名称来源于其化学结构中的溴化十六烷基三甲基铵。
CTAB具有许多重要的应用，包括作为DNA提取、分离和纯化过程中的重要试剂。
本文将详细介绍CTAB的原理、性质以及其在DNA提取中的应用。
CTAB的结构由一个十六烷基链和一个季铵盐基团组成。
其化学结构如下所示：CH3(CH2)15N+(CH3)3Br-CTAB是一种阳离子表面活性剂，这意味着它具有一个正电荷和一个亲水头基团。
这使得CTAB可以与DNA中的负电荷部分，即磷酸基团结合。
由于CTAB与DNA之间的强烈吸引力，它可以用来提取、纯化和分离DNA。
CTAB的作用机制可以通过两个方面来解释。
首先，CTAB可以结合在DNA的表面形成一个外层，形成一个正电荷的包裹层，从而减少DNA之间的排斥力，使其在水中更加稳定。
其次，CTAB还可以与蛋白质、RNA和其他杂质结合，从而实现其从DNA中的分离。
在DNA提取中，CTAB通常与NaCl一起使用。
NaCl的加入可以通过中和DNA磷酸基团的负电荷，从而进一步增加CTAB与DNA的结合。
同时，NaCl还可以减少CTAB与其他蛋白质、RNA等杂质结合的能力，提高DNA的纯度。
通常，DNA的提取过程包括细胞破碎、蛋白质和RNA的去除以及DNA的沉淀。
CTAB的添加可以通过溶解细胞膜中的脂质双层，使细胞破碎并释放DNA。
然后，蛋白质和RNA可以通过CTAB的沉淀作用以及高盐浓度下的洗涤步骤被去除。
最后，纯净的DNA可以通过乙醇沉淀和洗涤步骤来回收。
CTAB不仅在DNA提取中起着重要作用，它还可以用于其他分析技术，如DNA测序和PCR（聚合酶链反应）。
在DNA测序中，CTAB可以帮助去除试剂和其他杂质，从而提高测序结果的准确性。
在PCR中，CTAB可以增加DNA的稳定性，提高PCR反应的效率。
此外，CTAB还可以用于纳米颗粒的合成、抗菌剂、乳化剂等领域。
细胞破碎的方法(标准版)
细胞破碎的方法一、机械破碎法：是指利用捣碎机、研磨器或匀浆器等将细胞破碎开来。
1. 高速组织捣碎：将材料配成稀糊状液，放置于筒内约1/3体积，盖紧筒盖，将调速器先拨至最慢处，开动开关后，逐步加速至所需速度。
此法适用于动物内脏组织、植物肉质种子等。
2. 玻璃匀浆器匀浆：先将剪碎的组织置于管中，再套入研磨杆来回研磨，上下移动，即可将细胞研碎，此法细胞破碎程度比高速组织捣碎机为高，适用于量少和动物脏器组织。
二、物理破碎法：指利用温度差、压力差或超声波等将细胞破碎开来。
1．用一定功率的超声波处理细胞悬液，使细胞急剧震荡破裂(借助超声的震动力破碎细胞壁和细胞器）。
机制：可能与强声波作用溶液时，气泡产生、长大和破碎的空化现象有关，空化现象引起的冲击波和剪刀力使细胞裂解。
超声波破碎的效率取决于声频、声能、处理时间、细胞浓度和细胞类型等。
（使用时注意降温，防止过热）。
2. 高压破碎：细胞悬浮液从高压室的环状隙喷射到静止的撞击环上，被迫改变方向经出口管流出。
此过程中细胞经历了高速造成的剪切的碰撞及高压到常压的变化，从而破碎释放内含物。
这是一种温和的、彻底破碎细胞的较理想的方法。
3. 反复冻融法：将细胞在-20度以下冰冻，室温融解，反复几次，由于细胞内冰粒形成和剩余细胞液的盐浓度增高引起溶胀，使细胞结构破碎。
三、化学破碎法：指利用甲醛、丙酮等有机溶剂或表面活性剂作用于细胞膜，使细胞膜的结构遭到破坏或透性发生改变。
有些动物细胞，例如肿瘤细胞可采用十二烷基磺酸钠（SDS）、去氧胆酸钠等细胞膜破坏。
四、酶学破碎法：选用合适的酶，使细胞壁遭到破坏，进而在低渗溶液中将原生质体破碎开来。
细菌细胞壁较厚，可采用溶菌酶处理效果更好。
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菌体破碎的方法
菌体破碎的方法菌体破碎是生物学实验中常见的操作步骤之一，它可以帮助研究人员获取菌体内部的细胞器和分子，并用于后续的实验分析。
本文将介绍几种常用的菌体破碎方法，包括机械破碎、化学破碎和超声波破碎。
1. 机械破碎机械破碎是最常用的菌体破碎方法之一，它利用高速旋转的刀片或珠子对菌体进行物理性破碎。
常见的机械破碎设备有高压均质机、球磨机和超速离心机。
1.1 高压均质机高压均质机是一种利用高压力将样品通过特殊结构孔道挤压、剪切和撞击的设备。
它适用于菌体的快速、均匀且有效地破碎。
操作时，将含有菌体的样品放入高压均质机中，通过调节压力和通量来控制样品在孔道中流动的速度和时间，从而实现菌体的破碎。
1.2 球磨机球磨机是一种利用球形磨料对样品进行摩擦、碰撞和剪切的设备。
它适用于菌体的粗破碎和细破碎。
操作时，将含有菌体的样品和球磨介质放入球磨机中，通过旋转容器使球磨介质不断与样品接触，从而实现菌体的破碎。
1.3 超速离心机超速离心机是一种利用离心力将样品在离心管中快速离心分离的设备。
它适用于菌体的初步粗破碎。
操作时，将含有菌体的样品放入离心管中，通过高速旋转离心机使样品受到离心力的作用，从而实现菌体的破碎。
2. 化学破碎化学破碎是利用化学试剂对菌体进行溶解或降解，从而实现菌体的破碎。
常见的化学试剂有酸、碱、酶和洗涤剂等。
2.1 酸碱处理酸碱处理是一种常用的化学破碎方法，它适用于菌体的溶解和降解。
操作时，将含有菌体的样品加入适量的酸或碱中，通过调节酸碱浓度和处理时间来控制菌体的破碎程度。
2.2 酶处理酶处理是一种利用特定酶对菌体进行降解的方法，常用的酶有蛋白酶、核酸酶和细胞壁酶等。
操作时，将含有菌体的样品加入适量的酶溶液中，通过调节温度和处理时间来控制菌体的破碎程度。
2.3 洗涤剂处理洗涤剂处理是一种利用表面活性剂对菌体进行破碎和分散的方法。
常见的洗涤剂有Tween-20、Triton X-100和SDS等。
操作时，将含有菌体的样品加入适量的洗涤剂溶液中，通过调节浓度和处理时间来控制菌体的破碎程度。
大肠杆菌细胞破碎的方法
大肠杆菌细胞破碎的方法大肠杆菌是一种常见的细菌，常被用于实验室研究和工业生产中。
破碎大肠杆菌细胞是一种常见的操作，可以提取目标蛋白质、核酸或其他细胞成分。
以下是几种常见的大肠杆菌细胞破碎方法。
1.物理破碎法物理破碎法是最早也是最常用的一种方法。
主要有超声波破碎、高压均质和乳化液破碎等。
超声波破碎是将细胞悬浮液置于超声波装置中，利用高频率的超声波振动产生的高压力作用力破坏细胞。
高压均质是将细胞悬浮液通过高压均质装置，利用高速流动和机械剪切的作用力将细胞破碎。
乳化液破碎是将细胞悬浮液与乳化剂混合后，通过高速搅拌或高压均质，使细胞破碎。
2.化学破碎法化学破碎法是利用化学物质对细胞进行破坏。
丙酮、酸性氯化钠、表面活性剂等都可用于破坏细胞膜。
丙酮破碎法是将细胞悬浮液中加入丙酮，使细胞膜变得不稳定，细胞内部内容物外泄。
酸性氯化钠破碎法是将细胞悬浮液中加入酸性溶液，使细胞膜受到腐蚀，细胞破碎。
表面活性剂破碎法是将细胞悬浮液与表面活性剂混合，表面活性剂能够破坏细胞膜结构，使细胞破碎。
3.细胞壁酶解法大肠杆菌细胞外有一层坚硬的细胞壁，细胞壁酶解法是利用酶对细胞壁进行降解，使细胞破碎。
常用的酶有裂解酶(Lysozyme)和纤维素酶(Cellulase)等。
裂解酶主要降解细菌的P葡萄糖醛酸多聚糖，使细胞壁脆化。
纤维素酶能够降解纤维素，也可用于破坏细菌细胞壁。
4.冻融法冻融法是将细胞悬浮液冷冻至−20℃或−80℃，然后快速解冻，细胞在冻融过程中会因细胞内外环境的温差而发生爆裂，达到细胞破碎的效果。
以上是几种常见的大肠杆菌细胞破碎方法。
不同的破碎方法适用于不同的实验目的，需要根据实验要求和样品特点选择合适的方法。
在进行破碎实验时，需注意避免细胞破碎后的物质进一步降解和污染，使用无菌器具和环境，并保持低温或其他适当的环境条件以防止目标物质的变性或降解。
sds提取dna原理
sds提取DNA原理介绍SDS（十二烷基硫酸钠）提取DNA是一种常见的DNA提取方法。
在DNA提取的过程中，SDS可以有效地溶解膜脂和蛋白质，使DNA从细胞中释放出来。
这篇文章将详细探讨SDS提取DNA的原理及其操作步骤。
SDS提取DNA的原理SDS是一种阴离子表面活性剂，具有良好的去脏能力和溶解膜脂的性质。
在SDS溶液中，SDS分子靠头基之间的疏水作用力形成胶束结构，将DNA分子包裹在其中。
SDS分子的亲水头基与水分子相互作用，使得DNA在SDS胶束中溶解，并且蛋白质也会被SDS分子包裹，失去其功能。
SDS提取DNA的操作步骤SDS提取DNA的具体操作步骤如下：步骤1：细胞破碎首先，需要将待提取DNA的样品中的细胞完全破碎，以释放DNA。
常用的方法是将细胞悬浮液与SDS缓冲液混合，并在高速离心下沉淀细胞。
步骤2：蛋白质去除利用SDS的蛋白质包裹性质，将细胞裂解产生的蛋白质与其他杂质一起去除。
在此步骤中，后续会加入蛋白酶K，用于降解细胞蛋白质。
步骤3：酒精沉淀向提取液中加入等体积的醇类溶液，如等体积的冷乙醇，用于使DNA出现沉淀。
由于SDS与DNA结合，在SDS的作用下，DNA会从溶液中沉淀出来。
步骤4：洗涤和溶解将DNA沉淀用乙醇洗涤以去除杂质。
然后，用适当的缓冲液溶解DNA沉淀以获得纯净的DNA溶液。
常用的缓冲液有TE缓冲液（Tris-EDTA缓冲液）等。
SDS提取DNA的注意事项在进行SDS提取DNA的过程中，需要注意以下几点：1.实验室应采取严格的无菌措施，以防止外源性DNA的污染。
2.细胞裂解的时间和条件需要充分优化，以获得较高的DNA产率。
3.高浓度的SDS在溶液中可能产生泡沫，需注意避免泡沫的产生。
4.在进行酒精沉淀步骤时，注意等体积醇类溶液的配制和温度的控制，以确保DNA的完全沉淀。
5.在溶解DNA沉淀的过程中，需充分溶解，避免DNA残留在溶液中。
结论SDS提取DNA是一种常见且有效的DNA提取方法。
常用的细胞破碎方法
常用的细胞破碎方法
常用的细胞破碎方法：
①冻融法通过反复冷冻融化细胞使细胞膜受到应力作用破裂释放胞内物质适用于酵母细菌等微生物细胞；
②机械研磨使用玻璃珠不锈钢珠等硬质颗粒在高速旋转下与细胞发生剧烈撞击摩擦导致细胞壁破坏；
③超声波破碎将细胞悬液置于超声探头附近开启超声波发生器利用空化效应产生的强烈剪切力击碎细胞；
④高压匀浆将细胞混悬液泵入高压容器中瞬间释放压力使细胞在强烈湍流下解体适用于多数类型细胞；
⑤酶解消化利用纤维素酶果胶酶等特定酶类降解植物细胞壁多糖成分从而使细胞内容物流出；
⑥化学溶解加入表面活性剂如SDS Triton X-100等破坏细胞膜脂双层稳定性导致细胞崩解；
⑦渗透冲击将高渗培养的细胞突然转移到低渗缓冲液中由于渗透压差引起细胞急剧膨胀破裂；
⑧电穿孔技术通过瞬间施加高压脉冲电场改变细胞膜通透性促使细胞内容物外泄常用于难破碎细胞；
⑨物理挤压将细胞通过微孔滤膜或狭窄管道时受到强烈挤压变形超过一定限度后细胞就会破碎；
⑩激光辐射利用聚焦激光束直接照射细胞表面产生的热效应及机械效应共同作用下破坏细胞完整性；
⑪微波处理将细胞暴露在微波场中由于水分子强烈振动产热加速细胞内部压力积累最终导致破裂；
⑫最后值得注意的是无论采用哪种方法都需要根据具体实验目的选择最合适的条件组合以达到最佳效果。
化学破碎细胞方法的原理
化学破碎细胞方法的原理
化学破碎细胞方法是一种通过化学手段使细胞破裂，释放细胞内的分子和组分的方法。
其原理是利用化学物质的作用，破坏细胞的结构和功能，从而使细胞膜破裂，释放细胞内的分子。
常用的化学破碎细胞方法有两种：离子性洗涤和表面活性剂。
离子性洗涤方法利用离子溶液中溶解度不同的离子，破坏细胞膜结构。
在溶液中加入高浓度的盐类（如高盐缓冲液或高浓度NaCl溶液），离子会与细胞膜上的离子发生竞争作用，导致细胞膜离子平衡受到破坏，引起细胞膜破裂。
表面活性剂方法是利用表面活性剂对细胞膜的破坏作用。
表面活性剂能降低细胞膜的表面张力，使其破裂。
在溶液中加入适量的表面活性剂（如SDS、Triton X-100等），可以使细胞膜变得不稳定，进而发生破裂，释放细胞内的分子。
这些化学方法能够快速高效地破碎细胞，是细胞学、生物化学和分子生物学研究中常用的技术手段之一。
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学校代码：__11059__学号：1302021035
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下游处理技术
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论文题目：表面活性剂在细胞破碎的应用
学位类别：本科
学科专业：生物技术
作者姓名：刘壮
导师姓名：于宙
完成时间：2016.4.29
表面活性剂在细胞破碎的应用
摘要
表面活性剂的结构中有一个亲水基团，通常是离子；一个疏水基团，通常是烃基。
表面活性剂的结构特性赋予了其既能和水也能和脂类作用的特性。
表面活性剂是一类具有表面活性的物质，溶于溶液后，能显著降低液体表面张力，并能改变溶液的增溶能力。
细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，同时也含有蛋白质和脂质。
用表面活性剂处理后可增大细胞壁的通透性[1]，这就是表面活性剂在细胞壁的破碎的原理。
而细胞破碎是提取胞内产物的必由之路。
本文将重点讲述表面活性剂在细胞破碎的应用。
关键词：表面活性剂；cmc；原理
沿革
在工业生产中有些目标产物不再发酵液中，而在生物体中，尤其是基因工程菌产生的大多数蛋白质不会被分分泌到发酵液中，而是在细胞内乘积。
脂类物质和一些抗生素也是包含在细菌体中。
这时就需要进行细胞破碎。
细胞破碎的方法很多，但是他们适用的范围和破碎效率不同。
许多方法仅适合与实验室和小规模破碎。
目前工业上生产应用最广泛的是高压匀浆法和珠磨法，由于他们处理量大，速度非常快而备受青睐。
但是由于消耗机械能而产生大量的热量，使料液温度升高，容易造成生物活性的丧失容易造成活性物质的破坏[2]。
化学方法如增溶法，通过添加表面活性剂，溶解细胞壁的脂，造成细胞壁通透性的改变，从而达到细胞破碎的目的。
通过添加表面活性剂要比上述两种方法相对温和。
表面活性剂处理制成细胞悬液后可用离心分离除去细胞碎片，在用其他方法如吸附柱或萃取剂分离制得产品。
正文
一、表面活性剂的分类
表面活性剂的种类很多，分类方法也有多种。
比较常见的分类方法是根据表面活性剂在水溶液中的电离特性而将其分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂以及非离子表面活性剂四大类。
1.1 阴离子表面活性剂
阴离子表面活性剂是由一个诸如碳氢化合物类的憎水基与一个或两个亲水基相连接组成的表面活性剂。
在水溶液中发生解离形成一个带负电荷的离子(阴离子)和一个带正电荷的离子(阳离子)。
其中，阴离子是表面活性性质的载体。
它的分子中憎水基团所连接的亲水基团是阴离子。
阴离子表面活性剂是最先使用、应用范围最广、产量最多的一类表面活性剂，经常用在清洁配方中。
1.2 阳离子表面活性剂
阳离子表面活性剂含有一个憎水的碳氢基和一个或几个亲水基，在水溶液中也解离成阳离子和阴离子，其中阳离子为表面活性性质的载体。
它的分子中憎水基团所连接的亲水基团是阳离子。
大多数阳离子表面活性剂都是含有带有正电荷的氮原子，根据氮原子在分子中的位置不同分为胺盐、季按盐和杂环型三类。
常用的离子表面活性剂如十二烷基硫酸钠（SDS），广泛用于细胞膜崩解，与膜蛋白的疏水部分结合并使其与膜分离，高浓度的SDS 还可以破坏蛋白质的离子键和非共价键，甚至改变蛋白质亲水部分的构象。
这一特性常用于蛋白质分析的SDS凝胶电泳[3]。
阳离子表面活性剂一般不能和阴离子表面活性剂混合使用，因为它所带的电荷正好与阴离子表面活性剂相反，若两者混合会产生沉淀，失去表面活性;但它能和非离子表面活性剂或两性离子表面活性剂配合使用。
阳离子表面活性剂强烈地吸附在许多表面上，主要用途与原位表面改性相关。
1.3 两性离子表面活性剂
分子溶于水发生电离后，与亲油基相连的亲水基中同时含有阴、阳离子的表面活性剂叫两性离子表面活性剂。
它在碱性介质显阴离子性质，在酸性介质中显阳离子性质，在适当介质中显出阴、阳离子相等的等电点。
实际应用的品种主要是氨基酸型和甜菜碱型两性离子表面活性剂，产量是表面活性剂中最小的。
两性离子表面活性剂通常具有良好的洗涤、分散、乳化、杀菌、柔软纤维和抗静电等性能，可用作织物整理助剂、染色助剂、钙皂分散剂、干洗表面活性剂和金属缓蚀剂等。
但是这类表面活性剂的价格较贵，实际应用范围较其他类型的表面活性剂小。
1.4 非离子表面活性剂
非离子表面活性剂是其分子溶于水后，不发生电离的一类表面活性剂，其显示活性的部分不是离子。
非离子表面活性剂的疏水基是由含有活泼氢的疏水化合物，如高碳脂肪醇，烷基酚，脂肪酸，脂肪胺等。
其亲水基来源于含有醚基，羟基等基团 (这些基团能与水形成氢键)的低分子化合物，如环氧乙烷，多元醇，乙醇胺等。
按亲水基类别，非离子表面活性剂主要分为聚氧乙烯型和多元醇型两大类。
非离子表面活性剂在酸性、碱性及电解质溶液中均较稳定，并可与任何种类的表面活性剂配合使用，而不生成沉淀[4]。
二、表面活性剂原理
2.1 cmc
临界微团浓度（critical micelle concentration,cmc）表面活性剂在溶剂中低浓度存在时可以单独存在，在高于cmc时会形成小的球状聚集体称为微团[5]。
这在生产、实验室操作中十分重要。
2.2原理
当表面活性剂溶液浓度增加（大于cmc）时，在水中倾向于形成微团，亲水的部分朝外，疏水的部分聚集在中心。
搅拌混合物时，可以使细胞与表面活性剂充分接触，细胞壁上的脂类被裹上表面活性剂分子，使之处于微团中，从而增大细胞壁的通透性，达到细胞
破碎的目的[5]。
总结
表面活性剂可以溶解细胞壁的脂，造成细胞壁通透性的改变，从而达到细胞破碎的目的。
其原因是因为其独特的结构（含一个亲水基团和一个疏水基团）。
表面活性剂处理制成细胞悬液后可用离心分离除去细胞碎片，在用其他方法如吸附柱或萃取剂分离制得产品。
表面活性剂的分类方法很多，比较常见的分类方法是根据表面活性剂在水溶液中的电离特性而将其分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂以及非离子表面活性剂四大类。
参考文献
[1]孙彦. 生物分离工程[M]. 北京：化学工业出版社，2013.22.
[2]吴梧桐，高向东. 生物制药工艺学[M]. 第三版.北京：中国医药科技出版社，2013.111.
[3]翟中和，汪喜忠，丁名孝. 细胞生物学[M]. 第四版.北京：科学出版社，2011.61.
[4]郑凤仙. 表面活性剂在固液界面及限制空间中的吸附和聚集行为的分子模拟研究[D]. 北京：北京化工大学，2009.2-5.
[5]王镜岩，朱圣庚，徐长法. 生物化学上册[M]. 第二版. 北京：高等教育出版社，2002.80.。