В этой статье мы рассмотрим, что такое дезинтеграция клеток, для каких целей она используется, какое оборудование необходимо для дезинтеграции и перспективы аппаратов вихревого слоя в качестве дезинтеграторов.

Что такое дезинтеграция клеток и для чего она используется

В самом простом смысле под дезинтеграцией клеток понимают нарушение их целостности, которого невозможно достичь без разрушения клеточной оболочки. Отметим, что разрушение оболочек может носить как природный, так и искусственный характер. В первом случае клетка разрушается под воздействием природных факторов: физических, химических, физико-химических, а также генетических изменений. Во втором случае клеточные оболочки разрушаются в результате целенаправленного воздействия человека.

Для чего же используется дезинтеграция клеток человеком? Здесь выделим три основные цели:

1. Производство кормовых, пищевых или технических продуктов из животной, растительной или микробной биомассы.
2. Стерилизация и инактивация живых организмов. Чаще всего таким образом происходит обеззараживание сред от патогенной микрофлоры.
3. Научная деятельность, например, получение новых вакцин от вирусов. Задача особенно актуальна в свете пандемии коронавируса.

Методы дезинтеграции клеток

Методы дезинтеграции клеток делятся на три больших класса: физические, химические и химико-ферментативные.

Разрушить клетки физическими методами можно с помощью ультразвука, баллистического разрушения, воздействия пресса, первичной заморозки клеточной массы с последующим измельчением в мельницах, осмотического шока, повторения цикла «замораживание-оттаивание» и др.

Химические методы дезинтеграции клеток основаны на использовании реагентов: щелочей, кислот, ингибиторов синтеза оболочек и т.п. Химико-ферментативные методы также предусматривают использование дополнительных веществ. Это антибиотики, ферменты, ионогенные поверхностно-активные вещества.

Каждый метод может дать желаемый результат, но при определенных условиях. Гораздо лучше иметь в своем распоряжении универсальное оборудование, которое сможет решать широкий класс задач по дезинтеграции. К такому оборудованию относятся аппараты с вихревым слоем ферромагнитных частиц (АВС).

Как работает аппарат вихревого слоя

Наиболее эффективно дезинтеграция клеток осуществляется при комплексном воздействии. Как пример – замораживание с последующим измельчением клеточной массы. Здесь мы имеет два явных воздействия: низкая температура и ударные или истирающие влияния со стороны рабочих тел мельницы.  А теперь представьте, что существует устройство, в рабочей камере которого одновременно имеют место не два, а намного больше воздействий разной природы, которые делают процесс дезинтеграции намного эффективнее. При этом все воздействия возникают одновременно.

Первая особенность аппаратов вихревого слоя – это небольшая потребляемая мощность (не более 4,5-9,5 кВт). По сути, эта мощность необходима для создания вращающегося электромагнитного поля с помощью индуктора. Внутрь индуктора помещена рабочая камера, изготовленная из немагнитного материала. А в рабочую камеру насыпаются ферромагнитные частички (иголки) с определенным соотношением длины и диаметра. Количество таких частиц зависит от вида обрабатываемого материала и может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен штук. Более детально строение аппарата вихревого слоя вы можете видеть на рисунке 1.

Рисунок 1 – Аппарат с вихревым слоем ферромагнитных частиц: 1 – защитная втулка; 2 – индуктор вращающегося электромагнитного поля; 3 – корпус индуктора; 4 – рабочая камера из немагнитного материала; 5 – ферромагнитные частицы

Что же происходит дальше? После подачи напряжения на обмотку индуктора создается электромагнитное поле, которое заставляет ферромагнитные частицы двигаться по всему объему рабочей камеры. При этом во время движения каждая частица встречает на своем пути другую частицу или же соударяется со стенкой рабочей камеры. Из-за этого траектория движения частиц становится сложной и частицы образуют вихревой слой. На первый взгляд, все просто. Но в вихревом слое возникают различные явления и процессы, комплексное воздействие которых позволяет проводить эффективную дезинтеграцию клеток. Наиболее важные из них:

• вращающееся электромагнитное поле. Во-первых, это эффективное перемешивание веществ, которое важно при использовании, например, реагентов. Во-вторых, поле само по себе влияет на клетки и вещества, которые под его воздействием могут приобретать новые свойства;
• ультразвуковые колебания, которые возникают в результате магнитострикции ферромагнитных частиц. Каждая частица становится источником таких колебаний;
• кавитация. Это явление имеет место тогда, когда обработка клеточной массы происходит в жидкой среде. Происходит образование пузырьков, которые схлопываются, в результате чего образуется большое количество энергии;
• ударные воздействия ферромагнитных частиц. Кроме того, что частицы соударяются между собой и со стенками рабочей камеры, они еще соударяются с обрабатываемым материалом. При этом интенсивность таких соударений очень высока, что способствует быстрому разрушению клеточных оболочек;
• высокие локальные давления;
• повышение температуры обрабатываемой массы без использования дополнительного источника тепла. Это ускоряет протекание химических реакций.

Все перечисленные факторы делают дезинтеграцию клеточных стенок даже с высокой механической прочностью быстрой и эффективной. При необходимости в рабочую камеру АВС могут подаваться реагенты для повышения эффективности дезинтеграции.

Дезинтеграция клеток с помощью аппарата вихревого слоя – реальные примеры

Компанией GlobeCore накоплен большой опыт дезинтеграции клеток с помощью аппаратов вихревого слоя. Положительные результаты были получены при:

• измельчении торфа с целью разрушения целлюлозных и лигнинных оболочек для выделения гуматов и гуминов  для (производство удобрений). Процесс можно проводить как с использованием, так и без использования реагентов. Результат – повышение выхода гуматов и гуминов;
• измельчении лекарственных растений для экстракции биологические активных веществ. Результат – увеличение выхода биологически активных веществ на 40-50%, уменьшение время настаивания;
• измельчении цедры лайма с целью получения пектина. Результат – увеличение выхода пектина без использования химических веществ (кислоты), происходит экстракция пектина в воду;
• измельчении косточек абрикоса. Результат – получение сложных лигнинов;
• помоле острого перца. Результат – получение концентрата для производства газовых баллончиков;
• обработка свекловичного жома. Результат – увеличение выхода пектина на 28-30%;
• обеззараживание куриного помета и свиного навоза. Результат – дезинтеграция клеток патогенных микроорганизмов без использования химических веществ. После обработки помета (навоза) в рабочей камере АВС происходит полное уничтожение патогенных микроорганизмов, гельминтов и их яиц, исчезает неприятный запах.

Приведенный список возможных использований аппарата не является исчерпывающим. Мы постоянно проводим новые эксперименты и получаем положительные результаты применения АВС для дезинтеграции клеток. Если вы хотите провести эксперимент на своем сырье или материале, свяжитесь с нашими техническими специалистами, воспользовавшись контактами из соответствующего раздела сайта.