Sonikacja wykorzystuje fale dźwiękowe do mieszania cząstek w roztworze. Przekształca sygnał elektryczny w fizyczne wibracje w celu rozbicia substancji. Te zakłócenia mogą mieszać roztwory, przyspieszać rozpuszczanie ciała stałego w ciecz, na przykład cukru w wodzie, i usuwać rozpuszczony gaz z cieczy. W testach DNA sonikacja rozbija cząsteczki i rozrywa komórki, uwalniając białka do testowania.
Fale dźwiękowe
Dźwięk to fala naprzemiennego wysokiego i niskiego ciśnienia. Częstotliwość fali dźwiękowej określa, jak często cząstki substancji wibrują, gdy fala dźwiękowa przez nią przechodzi. Sonikacja zazwyczaj wykorzystuje fale ultradźwiękowe o częstotliwości 20 kHz (20 000 cykli na sekundę) lub wyższej. Częstotliwości te są wyższe niż te, które można usłyszeć, ale ochrona słuchu jest nadal zalecana podczas sonikacji, ponieważ proces ten powoduje głośny piszczący dźwięk. Im większa częstotliwość, tym silniejsze mieszanie cząstek.
Części sonikatora
Sonikator to potężny sprzęt laboratoryjny z ultradźwiękowym generatorem elektrycznym, który wytwarza sygnał do zasilania przetwornika. Przetwornik przetwarza sygnał elektryczny za pomocą kryształów piezoelektrycznych – kryształów, które reagują bezpośrednio na elektryczność, wytwarzając wibracje mechaniczne. Sonikator zachowuje i wzmacnia wibracje, dopóki nie przejdzie do sondy. Sonda porusza się w czasie wraz z wibracjami, aby przenieść je do roztworu i porusza się szybko w górę iw dół. Operator sonikatora może kontrolować amplitudę na podstawie właściwości roztworu. Mała końcówka sondy wywołuje bardziej intensywną reakcję niż duża końcówka sondy, ale duża końcówka dociera do większej ilości roztworu.
Nie wszystkie sonikatory mają sondy. Niektóre sonikatory wytwarzają fale dźwiękowe w próbkach w ultradźwiękowej kąpieli wodnej.
Proces sonikacji
Podczas sonikacji cykle ciśnienia tworzą tysiące mikroskopijnych pęcherzyków próżniowych w roztworze. Pęcherzyki zapadają się do roztworu w procesie zwanym kawitacją. Powoduje to silne fale wibracji, które uwalniają ogromną siłę energii w polu kawitacji, co zakłóca interakcje molekularne, takie jak interakcje między cząsteczkami wody, oddzielają skupiska cząstek i ułatwiają mieszanie. Na przykład w drganiach rozpuszczonego gazu pęcherzyki gazu łączą się i łatwiej opuszczają roztwór.
Energia fal dźwiękowych wytwarza w roztworze tarcie, które wytwarza ciepło. Aby zapobiec nagrzewaniu się i degradacji próbki, trzymaj ją na lodzie przed, w trakcie i po sonikacji.
Jeśli komórki i białka są zbyt delikatne, aby wytrzymać sonikację, łagodniejszą alternatywą jest trawienie enzymami lub mielenie z piaskiem.