Sonication ทำงานอย่างไร?

Sonication ใช้คลื่นเสียงในการกวนอนุภาคในสารละลาย มันแปลงสัญญาณไฟฟ้าเป็นการสั่นสะเทือนทางกายภาพเพื่อแยกสารออกจากกัน การหยุดชะงักเหล่านี้สามารถผสมสารละลาย เร่งการละลายของของแข็งให้เป็นของเหลว เช่น น้ำตาลลงไปในน้ำ และขจัดก๊าซที่ละลายออกจากของเหลว ในการทดสอบดีเอ็นเอ sonication จะแยกโมเลกุลออกจากกันและทำให้เซลล์แตกออก ปล่อยโปรตีนออกมาเพื่อทำการทดสอบ

เสียงเป็นคลื่นความกดอากาศสูงและต่ำสลับกัน ความถี่ของคลื่นเสียงคือความถี่ที่อนุภาคของสารสั่นสะเทือนเมื่อคลื่นเสียงผ่านเข้าไป Sonication มักใช้คลื่นอัลตราซาวนด์ที่มีความถี่ 20 kHz (20,000 รอบต่อวินาที) หรือสูงกว่า ความถี่เหล่านี้อยู่เหนือสิ่งที่คุณได้ยิน แต่ยังคงแนะนำให้ใช้อุปกรณ์ป้องกันหูในระหว่างการใช้คลื่นเสียงความถี่สูง เนื่องจากกระบวนการสร้างเสียงกรี๊ดดัง ยิ่งความถี่มากเท่าใด ความปั่นป่วนของอนุภาคก็จะยิ่งแรงขึ้น

โซนิเคเตอร์เป็นอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการอันทรงพลังที่มีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอัลตราโซนิกที่สร้างสัญญาณเพื่อจ่ายพลังงานให้กับทรานสดิวเซอร์ ทรานสดิวเซอร์แปลงสัญญาณไฟฟ้าโดยใช้คริสตัลเพียโซอิเล็กทริก ซึ่งเป็นคริสตัลที่ตอบสนองโดยตรงกับไฟฟ้าโดยสร้างการสั่นสะเทือนทางกล โซนิเคเตอร์จะรักษาและขยายการสั่นสะเทือนจนกว่าจะส่งผ่านไปยังโพรบ หัววัดจะเคลื่อนที่ตามจังหวะการสั่นเพื่อส่งไปยังสารละลายและเคลื่อนที่ขึ้นและลงอย่างรวดเร็ว ตัวดำเนินการโซนิเคเตอร์สามารถควบคุมแอมพลิจูดตามคุณสมบัติของสารละลาย ปลายหัววัดขนาดเล็กทำให้เกิดปฏิกิริยารุนแรงกว่าหัววัดขนาดใหญ่ แต่หัววัดขนาดใหญ่เข้าถึงสารละลายได้มากกว่า

โซนิเคเตอร์บางตัวไม่มีโพรบ โซนิเคเตอร์บางตัวผลิตคลื่นเสียงในตัวอย่างในอ่างน้ำอัลตราโซนิก

ในระหว่างการใช้คลื่นเสียงความถี่สูง วัฏจักรของแรงดันจะสร้างฟองสุญญากาศขนาดเล็กจำนวนหลายพันฟองในสารละลาย ฟองอากาศจะยุบตัวลงในสารละลายในกระบวนการที่เรียกว่าคาวิเทชั่น สิ่งนี้ทำให้เกิดคลื่นแรงสั่นสะเทือนอันทรงพลังที่ปล่อยพลังงานมหาศาลในสนามคาวิเทชั่นซึ่งรบกวน ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล เช่น ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลของน้ำ แยกกลุ่มอนุภาค และอำนวยความสะดวก การผสม ตัวอย่างเช่น ในการสั่นของแก๊สละลาย ฟองแก๊สจะรวมตัวกันและออกจากสารละลายได้ง่ายขึ้น

พลังงานจากคลื่นเสียงทำให้เกิดแรงเสียดทานในสารละลายซึ่งทำให้เกิดความร้อน เพื่อป้องกันไม่ให้ตัวอย่างร้อนขึ้นและสลายตัว ให้เก็บตัวอย่างบนน้ำแข็งก่อน ระหว่าง และหลังโซนิเคชั่น

หากเซลล์และโปรตีนเปราะบางเกินกว่าจะทนต่อคลื่นเสียงได้ ทางเลือกที่อ่อนโยนกว่าคือการย่อยด้วยเอนไซม์หรือบดด้วยทราย