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。

1.3.超声波破碎

超声波破碎：利用超声波振荡器发射的15-25kHz的超声波处理细胞悬浮液。

超声波振荡器的组成：发生器和换能器，

机理：在超声波作用下液体发生空化作用（cavitation),空穴的形成、增大和闭合产生极大的冲击波和剪切力，使细胞破碎。

破碎效率与细胞种类、浓度和超声波的声频、声能有关。

适用范围：很强烈的破碎方法，适用于多数微生物的破碎。

注意事项：对冷却的要求苛刻，不易放大，用于实验室规模的细胞破碎，处理少量样品时操作简单，液量损失少，但是超声波产生的化学自由集团能使某些敏感性活性物质变形失活，而且大容量装置声能传递，散热均有困难。

2.非机械法

2.1酶解（酶溶法Enymatic lysis):利用溶解细胞壁的酶处理菌体细胞，使细胞壁受到部分或完全破坏后，再利用渗透压冲击等方法破坏细胞膜，进一步增大胞内产物的通透性。

特点: 条件温和、选择性地释放产物、胞内核酸等泄出量少，细胞外形较完整，便于后步分离等、价格高。

注意事项：易造成产物抑制作用，这可能使导致胞内物质释放效率低的一格重要因素，而且溶酶价格高，限制了大规模利用，若回收溶酶，则又增加了分离纯化溶酶的操作，另外酶溶法通用性差，不同菌种选择的酶不同。

2.2.渗透压冲击法：较温和、高渗溶液能够快速稀释，引起细胞快速膨胀破裂。

2.3.冻结-融化法：将细胞放在低温下冷冻（约-15℃），然后在室温中融化，反复多次而达到破壁作用，适用于细胞壁较脆弱的菌体。

2.4.化学法采用化学法处理可以溶解细胞或抽提胞内组分。常用酸、碱、表面活性剂和有机溶剂等。

注意事项：作用时间较长，效率低，化学试剂毒性较强，同时对产物也有毒害作用，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。

以上为近几年，生物工程下游技术中常用的细胞破碎常用技术，不同的破碎方法使用的生物对象不同，可谓也是各有千秋，在我们实际生产以及实验应用中，应当尽量考虑全面，选择最科学以及最有效的方法。

参考文献：

[1] 李宏君,尹际彤,杨启东等.细胞破碎方法简述[J].黑龙江医药,2002,15(2):124.DOI:10.3969/j.issn.1006-2882.2002.02.029.