У цій статті ми розглянемо, що таке дезінтеграція клітин, для яких цілей вона використовується, яке обладнання необхідне для дезінтеграції, і перспективи апаратів вихрового шару як дезінтеграторів.

Що таке дезінтеграція клітин і для чого вона використовується

У найпростішому розумінні під дезінтеграцією клітин мають на увазі порушення їх цілісності, чого неможливо досягти без руйнування клітинної оболонки. Зазначимо, що руйнування оболонок може мати як природний, так і штучний характер. У першому випадку клітина руйнується під впливом природних факторів: фізичних, хімічних, фізико-хімічних, а також генетичних змін. У другому випадку клітинні оболонки руйнуються внаслідок цілеспрямованого впливу людини.

Для чого ж використовується дезінтеграція клітин людиною? Виділимо три основні цілі:

1. Виробництво кормових, харчових або технічних продуктів із тваринної, рослинної або мікробної біомаси.
2. Стерилізація та інактивація живих організмів. Найчастіше таким чином відбувається знезараження середовищ від патогенної мікрофлори.
3. Наукова діяльність, наприклад, отримання нових вакцин від вірусів. Завдання особливо актуальне у світлі пандемії коронавірусу.

Методи дезінтеграції клітин

Методи дезінтеграції клітин поділяються на три великі класи: фізичні, хімічні та хімічно-ферментативні.

Руйнувати клітини фізичними методами можна за допомогою ультразвуку, балістичного руйнування, впливу преса, первинного заморожування клітинної маси з подальшим подрібненням у млинах, осмотичного шоку, повторення циклу “заморожування-відтавання” тощо.

Хімічні методи дезінтеграції клітин базуються на використанні реагентів: лугів, кислот, інгібіторів синтезу оболонок тощо. Хімічно-ферментативні методи також передбачають використання додаткових речовин, таких як антибіотики, ферменти, іоногенні поверхнево-активні речовини.

Кожен метод може дати бажаний результат, але за певних умов. Набагато краще мати універсальне обладнання, яке зможе вирішувати широкий спектр завдань з дезінтеграції. До такого обладнання належать апарати з вихровим шаром феромагнітних частинок (АВС).

Як працює апарат вихрового шару

Найбільш ефективно дезінтеграція клітин здійснюється при комплексному впливі. Як приклад — заморожування з подальшим подрібненням клітинної маси. Тут ми маємо два явних впливи: низька температура і ударні або стираючі впливи з боку робочих тіл млина. А тепер уявіть, що існує пристрій, у робочій камері якого одночасно мають місце не два, а значно більше впливів різної природи, які роблять процес дезінтеграції набагато ефективнішим. При цьому всі впливи виникають одночасно.

Перша особливість апаратів вихрового шару — це невелика споживана потужність (не більше 45-95 кВт). По суті, ця потужність необхідна для створення обертового електромагнітного поля за допомогою індуктора. Усередині індуктора розміщена робоча камера, виготовлена з немагнітного матеріалу. А в робочу камеру засипаються феромагнітні частинки (голки) з певним співвідношенням довжини та діаметра. Кількість таких частинок залежить від виду оброблюваного матеріалу і може складати від кількох десятків до кількох сотень штук. Більш детально будову апарата вихрового шару можна побачити на рисунку 1.

Рисунок 1 – Апарат з вихровим шаром феромагнітних частинок: 1 – захисна втулка; 2 – індуктор обертового електромагнітного поля; 3 – корпус індуктора; 4 – робоча камера з немагнітного матеріалу; 5 – феромагнітні частинки

Що ж відбувається далі? Після подачі напруги на обмотку індуктора створюється електромагнітне поле, яке змушує феромагнітні частинки рухатися по всьому об’єму робочої камери. При цьому під час руху кожна частинка зустрічає на своєму шляху іншу частинку або ж стикається зі стінкою робочої камери. Через це траєкторія руху частинок стає складною, і частинки утворюють вихровий шар. На перший погляд, все просто. Але у вихровому шарі виникають різні явища і процеси, комплексний вплив яких дозволяє проводити ефективну дезінтеграцію клітин. Найважливіші з них:

• обертове електромагнітне поле. По-перше, це ефективне перемішування речовин, що важливо при використанні, наприклад, реагентів. По-друге, поле саме по собі впливає на клітини та речовини, які під його впливом можуть набувати нових властивостей;
• ультразвукові коливання, які виникають в результаті магнітострикції феромагнітних частинок. Кожна частинка стає джерелом таких коливань;
• кавітація. Це явище відбувається тоді, коли обробка клітинної маси відбувається в рідкому середовищі. Виникає утворення бульбашок, які схлопуються, внаслідок чого утворюється велика кількість енергії;
• ударні впливи феромагнітних частинок. Крім того, що частинки стикаються між собою та зі стінками робочої камери, вони ще стикаються з оброблюваним матеріалом. При цьому інтенсивність таких ударів дуже висока, що сприяє швидкому руйнуванню клітинних оболонок;
• високі локальні тиски;
• підвищення температури оброблюваної маси без використання додаткового джерела тепла. Це прискорює протікання хімічних реакцій.

Усі перераховані фактори роблять дезінтеграцію клітинних стінок навіть з високою механічною міцністю швидкою та ефективною. За потреби в робочу камеру АВС можуть подаватися реагенти для підвищення ефективності дезінтеграції.

Дезінтеграція клітин за допомогою апарата вихрового шару – реальні приклади

Компанія GlobeCore накопичила великий досвід дезінтеграції клітин за допомогою апаратів вихрового шару. Позитивні результати були отримані при:

• подрібненні торфу з метою руйнування целюлозних і лігнінових оболонок для виділення гуматів і гумінів (виробництво добрив). Процес можна проводити як із використанням, так і без використання реагентів. Результат – підвищення виходу гуматів і гумінів;
• подрібненні лікарських рослин для екстракції біологічно активних речовин. Результат – збільшення виходу біологічно активних речовин на 40-50%, зменшення часу настоювання;
• подрібненні цедри лайма з метою отримання пектину. Результат – збільшення виходу пектину без використання хімічних речовин (кислот), відбувається екстракція пектину у воду;
• подрібненні кісточок абрикоса. Результат – отримання складних лігнінів;
• помолі гострого перцю. Результат – отримання концентрату для виробництва газових балончиків;
• обробці бурякового жому. Результат – збільшення виходу пектину на 28-30%;
• знезараженні курячого посліду і свинячого гною. Результат – дезінтеграція клітин патогенних мікроорганізмів без використання хімічних речовин. Після обробки посліду (гною) в робочій камері АВС відбувається повне знищення патогенних мікроорганізмів, гельмінтів і їх яєць, зникає неприємний запах.

Перелічений список можливих використань апарата не є вичерпним. Ми постійно проводимо нові експерименти і отримуємо позитивні результати застосування АВС для дезінтеграції клітин. Якщо ви хочете провести експеримент на своїй сировині або матеріалі, зв’яжіться з нашими технічними спеціалістами, скориставшись контактами з відповідного розділу сайту.