细胞破碎技术的研究进展和发展方向_修志龙
2023年超声波细胞破碎仪行业市场分析现状
2023年超声波细胞破碎仪行业市场分析现状超声波细胞破碎仪是一种利用超声波能量破碎细胞的设备，广泛应用于生物科学、医药研发、食品工业等领域。
超声波细胞破碎仪市场近年来发展迅猛，市场规模不断扩大。
一、市场需求增长驱动1. 生物科学研究的发展：生物科学领域对于细胞研究的需求不断增加，超声波细胞破碎仪作为一种高效、易操作的细胞破碎仪器得到了广泛应用。
2. 医药研发的需求：在新药开发过程中，需要对药物的成分进行研究和分析，超声波细胞破碎仪可以提供高效、精确的细胞破碎效果，满足医药研发的需求。
3. 食品工业的应用：在食品工业中，超声波细胞破碎仪可以用于提取食品原料中的有效成分，如提取植物中的抗氧化物质，从而增加食品的附加值。
二、市场竞争态势当前，超声波细胞破碎仪市场竞争激烈，主要有以下几个特点：1. 市场主体众多：市场上存在多家企业生产和销售超声波细胞破碎仪，如奥密、明洽、恒立等。
市场竞争激烈，新进入者进入市场难度较大。
2. 技术创新竞争：超声波细胞破碎仪的技术不断创新，如采用新材料、新工艺等，以提高破碎效果和使用寿命，不断满足用户的需求。
3. 品牌竞争：市场上已建立了多个知名品牌，品牌效应对于细胞破碎仪的市场推广和销售渠道建设非常重要。
三、市场发展趋势1. 技术迭代更新：超声波细胞破碎仪市场将继续向高效、精准、便携方向发展，追求更高的破碎效果和更低的能耗。
2. 多样化应用场景：随着生物科学和医药研发等领域的不断发展，超声波细胞破碎仪将在更多的应用场景中得到应用，如环保、食品安全等领域。
3. 市场规模扩大：超声波细胞破碎仪市场将继续扩大，随着用户对于细胞破碎效果要求的提高和市场需求的扩大，市场规模有望持续增长。
四、市场机遇和挑战1. 市场机遇：超声波细胞破碎仪市场仍然存在较大发展空间，新技术的应用和不断扩大的应用领域将带来新的市场机遇。
2. 市场挑战：超声波细胞破碎仪市场竞争激烈，技术创新和品牌建设是企业需要重点关注的挑战。
细胞破碎技术的简介与进展
细胞破碎技术的简介与进展摘要：本文介绍了细胞破碎方法中已经成熟的为工业所广泛利用的几种基本方式,讨论了各种方法的特点及存在的问题,并对它们进行了比较,以酵母和微藻细胞的破碎方法为例介绍不同细胞破碎方法的选择优化，最后概括了细胞破碎技术的发展方向。
关键词：细胞破碎、方法优化、综述文献引言：目标产物的分离纯化在现代生物技术工业中占有十分重要的位置，它决定着产品的纯度和安全性，也决定着产品的收率与成本。
许多生物产物在细胞培养过程中不能分泌到胞外，而保留在细胞内。
破碎细胞的目的就是使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏或破碎，释放其中的目标产物。
自20世纪80年代初重组DNA技术得到广泛应用以来,生物技术发生了质的飞跃,生物产品的数量越来越多,许多具有重大应用价值的产品应运而生,如具有显著医疗作用的胰岛素、干扰素、生长激素、白细胞介素一2等,它们的基因分别在宿主细胞(如大肠杆菌或酵母细胞)内克隆表达成为基因工程产物,从而提高了产量,降低了成本。
很多基因工程产物都是胞内物质(如上述药物经克隆表达后都属胞内物质),分离提取这类产物时,必须将细胞破壁,使产物得以释放,才能进一步提取。
因此细胞破碎是提取胞内产物的关键性步骤,破碎技术的研究更加引起基因工程专家和生化工程学者的关注。
1 资料和方法：1.1 资料来源由第一作者在CNKI进行检索。
网址：/。
英文资料的检索时间范围为2007/2012；中文资料的检索时间范围为2007/2012。
英文检索词为“cell disruption，saccharomycetes,”Microalgae cells；中文检索词为“细胞破碎，酵母菌，微藻细胞”。
1.2 入选标准纳入标准：(1)细胞破碎方法的研究与改进。
②酵母细胞破碎技术的优化选择。
③微藻细胞破碎技术的优化选择。
排除标准：①与此文目的无关。
②较陈旧的文献。
③重复同类研究。
1.3 质量评估细胞破碎原著5篇，综述13篇，述评2篇，工业应用20篇。
细胞破碎技术应用研究进展
摘
要： 许 多生 物 分 子 都 位 于 细胞 内 ， 当人 们 需 要 对 其进 行 研 究或 应 用 时 ， 就 需 要进 行 细胞 破 碎 ， 将 其 释 放 出来 。文 章概 述 了 细胞 破 碎 的
文 献 标 识 码： Ａ
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文 章 编号 ： １ Ｏ ０ ７ 一 ｏ ９ ０ ７ （ ２ ０ １ ３ ） Ｏ １ 一 ａ ｓ ｔ ｅ ｄ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｃ ｅ ｌ ｌ ｄ ｉ ｓ ｒ ｕ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ； Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｕｓ ｒ ｈ ｉ ｎ ｇ ； Ｎｏ ｎ －ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｕｓ ｒ ｈ ｉ ｎ ｇ ； Ｃｅ ｌ ｌ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｓ
在５ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ的条 件 下 ． 破 碎 ６次 ： 超 声 波 破 碎 的最 佳 条 件 是 总
离， 通过 转 换 化 学 、 物理和生物法 、 破 碎 细胞 释 放 胞 内代 谢 物 。 工
业 上 最 常 用 的 手 段 是 机 械破 碎方 法 和非 机 械 破 碎 方 法 ．机 械 破 碎 方 法是 依 靠 固体 的 剪 切力 （ 珠机 ） 和 液体 剪 切 力 ｆ 高压 均 质 ） 等 进 行 大 规模 的细 胞 破 碎 非 机械 方 法 细 胞 破碎 技 术 具 有 反 应 条 件
细胞分离与破碎bei
04
细胞分离与破碎技术的发展 趋势
细胞分离与破碎技术的联合应用
离心分离与超声破碎的联合
通过离心分离技术将细胞从混合物中分离出来，再结合超声破碎 技术对细胞进行破碎，提高细胞内物质的提取效率。
膜过滤与化学渗透的联合
利用膜过滤技术将细胞进行分离，再通过化学渗透技术对细胞进行 破碎，适用于处理大量细胞。
砂磨机
通过砂砾与细胞之间的摩 擦和挤压实现破碎，适用 于硬质细胞壁的破碎。
珠磨法
将细胞与玻璃珠或石英砂 混合，通过振动或搅拌使 细胞破碎，适用于软质细 胞壁的破碎。
化学破碎法
酸碱处理法
非离子表面活性剂处理法
利用酸或碱溶液处理细胞，使细胞壁 溶解，适用于对酸碱耐受性较好的细 胞。
利用非离子表面活性剂处理细胞，使 细胞膜溶解，适用于对非离子表面活 性剂耐受性较好的细胞。
详细描述
细胞吸附柱分离法是一种基于细胞表面特性的分离技术，利用特定的配体与细胞 表面受体结合，实现细胞的吸附和分离。这种方法具有高选择性、高纯度、低成 本等优点，适用于稀有细胞的分离和纯化，如干细胞、肿瘤细胞等。
03
细胞破碎技术
机械破碎法
01
02
03
高速组织捣碎机
利用高速旋转的刀片将细 胞破碎，适用于较大细胞 群体的破碎。
3
光热转换技术
利用光热转换效应对细胞进行加热，通过热刺激 使细胞破碎，具有非侵入性和环保性。
细胞分离与破碎技术在生物工程领域的应用前景
生物制药生产
通过细胞分离与破碎技术提取细胞内 的药物有效成分，提高药物产量和纯 度。
基因工程
利用细胞分离与破碎技术获取细胞内 的基因物质，进行基因克隆、基因表 达和基因编辑等研究。
细胞破碎方法综述
细胞破碎方法综述细胞破碎技术是指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，是分离纯化细胞内合成的非分泌型生化物质（产品）的基础。
结合重组DNA 技术和组织培养技术上的重大进展，以前认为很难获得的蛋白质现在可以大规模生产。
关键词：细胞破碎；细胞壁；细胞膜；细胞破碎方法1前言目标产物的分离纯化在现代生物技术工业中占有十分重要的位置，它决定着产品的纯度和安全性，也决定着产品的收率与成本。
许多生物产物在细胞培养过程中不能分泌到胞外，而保留在细胞内。
破碎细胞的目的就是使细胞壁和细胞膜受到不同程度的破坏或破碎，释放其中的目标产物。
自20世纪80年代初重组DNA技术得到广泛应用以来,生物技术发生了质的飞跃,生物产品的数量越来越多,许多具有重大应用价值的产品应运而生,如具有显著医疗作用的胰岛素、干扰素、生长激素、白细胞介素一2等,它们的基因分别在宿主细胞(如大肠杆菌或酵母细胞)内克隆表达成为基因工程产物,从而提高了产量,降低了成本。
很多基因工程产物都是胞内物质 (如上述药物经克隆表达后都属胞内物质),分离提取这类产物时,必须将细胞破壁,使产物得以释放,才能进一步提取。
因此细胞破碎是提取胞内产物的关键性步骤,破碎技术的研究更加引起基因工程专家和生化工程学者的关注。
2细胞破碎技术2．1高压匀浆破碎法（homogenization）高压匀浆器是常用的设备，它由可产生高压的正向排代泵（positive displacenemt pump）和排出阀（discharge valve）组成，排出阀具有狭窄的小孔，其大小可以调节。
细胞浆液通过止逆阀进入泵体内，在高压下迫使其在排出阀的小孔中高速冲出，并射向撞击环上，由于突然减压和高速冲击，使细胞受到高的液相剪切力而破碎。
在操作方式上，可以采用单次通过匀浆器或多次循环通过等方式，也可连续操作。
为了控制温度的升高，可在进口处用干冰调节温度，使出口温度调节在20℃左右。
2.2 细胞破碎
渗透压法（ pressure） 2. 渗透压法（Osmotic pressure） 将细胞放在高渗透压的介质中（ 将细胞放在高渗透压的介质中（如一定浓度的甘 油或蔗糖溶液），达平衡后， ），达平衡后 油或蔗糖溶液），达平衡后，转入到渗透压低的缓 冲液或纯水中，由于渗透压的突然变化， 冲液或纯水中，由于渗透压的突然变化，水迅速进 入细胞内，引起细胞溶胀，甚至破裂。 入细胞内，引起细胞溶胀，甚至破裂。 仅适用于细胞壁较脆弱的细胞或细胞壁预先用酶 处理或在培养过程中加入某些抑制剂（ 处理或在培养过程中加入某些抑制剂（如抗生素 ），使细胞壁有缺陷 强度减弱。 使细胞壁有缺陷， 等），使细胞壁有缺陷，强度减弱。
生物类型 G+细菌 主要组成 肽聚糖 （40-90%） 多糖 胞壁酸 蛋白质 脂多糖 （1-4%） G-细菌 肽聚糖 （5-10%） 脂蛋白 脂多糖 （11-22%） 磷脂 蛋白质 酵母菌 葡聚糖 （30-40%） 甘露聚糖 （30%） 蛋白质 （6-8%） 脂类 （8.513.5%） 霉菌 植物细胞
多聚糖（几 初生壁 丁质） 次生壁 （80-90%） 脂类 蛋白质
细菌
的网状结构， 破碎的主要阻力来自于肽聚糖的网状结构，网状结
构越致密，破碎的难度越大， 构越致密，破碎的难度越大，革兰氏阴性细菌网状结构不 及革兰氏阳性细菌的坚固； 及革兰氏阳性细菌的坚固； 的细纤维构成了细胞壁的刚性骨架， 酵母 葡聚糖的细纤维构成了细胞壁的刚性骨架，甘露聚 糖形成网状结构，细胞壁破碎的阻力也主要决定于壁结构 糖形成网状结构， 交联的紧密程度和它的厚度； 交联的紧密程度和它的厚度； 霉菌 的纤维状结构， 细胞壁中含有几丁质或纤维素的纤维状结构，其强
3.超声破碎法（Ultrasonication） 3.超声破碎法（Ultrasonication） 超声破碎法
4生物分离工程技术第四张细胞破碎技术
细胞破碎动力学表达式
ln 1 kt 1 S
S—细胞破碎率； k—破碎速率常数； t—细胞破碎时间，t=V/R， V为细胞悬浮液体积m3，R为悬浮液流量m3/s。
生物分离(工程)技术
珠磨式组织研磨器
利用微细玻璃珠， 在高速运转下的相互碰撞， 造成组织细胞的破裂与分 散。适合珍贵样品液的研 磨，例如蛋白质、酶及细 胞液等。微细玻璃珠可回 收使用。样品处理量，含 玻璃珠可达350ml。
超声波发生器将50Hz220V市电变 成20KHz电能供给换能器。换能器 随之作纵向机械振动。振动波通过 浸入在生物溶液中的钛合金变幅杆 产生空化效应，激发介质里的生物 微粒剧烈振动，引起的冲击波和剪 切力使细胞破碎。
生物分离(工程)技术
化学渗透法的优缺点
优点： ①对产物释出具有一定的选择性。
例如用0.2mol／L胍处理E.coli C600-1，5h后80％位于胞间质的β-内 酰胺酶释放出来，而总的蛋白释放率仅为4％。
②细胞外形完整；碎片少，有利于后分离。 ③核酸释出少，浆液黏度低，便于进一步提取。 缺点：
①时间长，效率低。 ②化学试剂具有毒性。③通用性差。
生物分离(工程)技术
④用离心细胞破碎液观察
用离心细胞破碎液观察沉淀模型的方法 来确定细胞破碎率，完整的细胞要比细胞 碎片先沉淀下来，并显示不同的颜色和纹 理。对比两项，可以算出细胞破碎率。
生物分离(工程)技术
二、常用的细胞破碎技术及其应用
高压匀浆
机械法
高速珠磨 纳米磨破碎
细
撞击破碎
胞
酶溶法---溶菌酶、纤维素酶等
生物分离(工程)技术
酵母细胞的结构
生物分离(工程)技术
高速珠磨法破碎细胞综述
高速珠磨法破碎细胞综述摘要：随着重组DNA技术得到广泛应用以来，生物技术发生了质的飞跃。
很多基因工程产物都是胞内物质，必须将细胞破壁，使产物得以释放，才能进一步提取，因此细胞破碎是提取胞内产物的关键步骤，破碎方法的得当与否，直接影响到所提取产品的产量、质量和生产成本。
而目前高速珠磨匀浆法和高压匀浆法不仅在实验室被广泛采用，而且在工业生产上高速珠磨匀浆法也是一种有效的细胞破碎方法。
关键词：高速珠磨机细胞破碎1、结构：高速珠磨机又称砂磨机，研磨作业是在全密闭且具有压力的研磨缸内高速运转研磨，所以没有溶剂挥发污染空气的问题，能确保操作人员的身心健康，更因为没有溶剂挥发而节约能源，降低生产成本。
由机身、主传动、分散器、送料泵、无级变速器、冷却系统、电气控制器等组成；直立式整体性设计，将研磨主机和送料泵以及电气控制箱集为一体，使立式砂磨机不占空间，操作方便；研磨缸为冷却夹套型设计，使冷却水能一进一出，以冷却砂磨机研磨作业中产生的温度。
珠磨机的破碎腔由夹套组成，夹套内通冷却剂可以移出细胞破碎时产生的热量。
破碎腔内装有直径约1mm的无铅玻璃珠或其他材质的微珠。
当启动电机后，玻璃珠随搅拌桨转动而进行各种形式的运动，从而珠子与细胞之间产生了撞击和剪切效应，使细胞破碎，释放出内含物。
在细胞匀浆液出口处设置了珠液分离器滞留珠子，使珠液分离破碎能够连续进行。
珠磨机是破碎率较高的细胞破碎机，常用于生物药物的生产中。
2、破碎机理：高速珠磨法也是一种有效的细胞破碎方法，珠磨机是该法所用的设备，其结构示意图见图（1）。
微生物细胞悬浮液与极细的研磨剂（通常是直径<1mm的无铅玻璃珠）在搅拌桨作用下充分混合，珠子之间以及珠子和细胞之间的互相剪切、碰撞促进细胞壁破裂，释出内含物。
在珠液分离器的协助下，珠子被滞留在破碎室内，浆液流出，从而实现连续操作。
破碎中产生的热量由夹套中的冷却液带走。
]1[影响珠磨破碎的因素很多，一旦珠磨机的硬件确定，则只有某些操作参数待定，如转速、进料速度、珠子直径与用量、细胞浓度、冷却温度等。