細(xì)胞的破壞是蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域以及細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)物的分離和制備中的重要方法。分離亞細(xì)胞級分和濃縮蛋白質(zhì)可以更有效地鑒定和研究目的蛋白質(zhì)。從研究到生產(chǎn)，生物技術(shù)的許多領(lǐng)域，特別是重 組技術(shù)，都需要使用超聲波來破壞細(xì)胞。細(xì)胞破壞的重點(diǎn)是從細(xì)胞內(nèi)獲得所需的產(chǎn)物，必須破壞細(xì)胞壁才能進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。
所有細(xì)胞都有質(zhì)膜，是一種蛋白質(zhì)-脂質(zhì)雙層，形成將細(xì)胞內(nèi)容物與細(xì)胞外環(huán)境分隔開的屏障。構(gòu) 成質(zhì)膜的脂質(zhì)是兩親性的，具有自發(fā)締合形成閉合雙分子片的親水和疏水部分。膜蛋白包埋在脂 質(zhì)雙層中，由跨疏水核心的一個或多個域固定在適當(dāng)位置。另外，外周蛋白通過與完整的膜蛋白或極性脂頭基團(tuán)的相互作用而結(jié)合雙層的內(nèi)表面或外表面。脂質(zhì)和蛋白質(zhì)含量的性質(zhì)隨細(xì)胞類型而變化。
在動物細(xì)胞中，質(zhì)膜是將細(xì)胞內(nèi)容物與環(huán)境分開的唯一屏障，但在植物中，質(zhì)膜也被剛性細(xì)胞壁 包圍。植物細(xì)胞壁由多層纖維素組成。這些類型的細(xì)胞外屏障賦予細(xì)胞形狀和剛性。植物細(xì)胞壁 特別堅(jiān)硬，很難機(jī)械或化學(xué)破壞。動物細(xì)胞中缺乏細(xì)胞外壁，使其相對易于裂解。
柔軟，新鮮的植物組織通�？梢酝ㄟ^在裂解緩沖液中進(jìn)行超聲處理來破壞。其他植物組織（例如 松針）需要干燥，沒有液氮。一些堅(jiān)硬的木質(zhì)植物材料需要先在液氮中冷凍和研磨，然后再進(jìn)行 超聲波處理。植物細(xì)胞懸浮培養(yǎng)物和愈傷組織可通過在裂解緩沖液中超聲處理30秒至2分鐘來裂 解。植物和植物組織的多樣性使得不可能對所有樣品都給出單一建議。但是，應(yīng)該意識到，大多 數(shù)植物組織通常都含有多糖和多酚，它們可以與RNA共沉淀并抑制下游分析。在進(jìn)行實(shí)際的RNA 分離之前，用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）處理植物組織裂解液會從裂解液中沉淀出此類有問題的成分。
單細(xì)胞生物（微生物）由圍繞原生質(zhì)膜和細(xì)胞質(zhì)的半滲透性，堅(jiān)硬，剛性的外細(xì)胞壁組成。細(xì)胞質(zhì)由核酸，蛋白質(zhì)，碳水化合物，脂質(zhì)，酶，無機(jī)離子，維生素，色素，包涵體和約80％的水組 成。為了從細(xì)胞內(nèi)部分離和提取任何這些物質(zhì)，有必要破壞細(xì)胞壁和原生質(zhì)膜。在某些情況下， 細(xì)胞可能會在沒有幫助的情況下排泄所需的物質(zhì)，但是在大多數(shù)情況下，必須裂解細(xì)胞才能釋放 這些細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)。打破細(xì)胞膜并釋放內(nèi)含物提出了重大挑戰(zhàn)。該過程必須快速而徹底，以最大程 度地提高蛋白質(zhì)產(chǎn)量。由于施加的能量必須足夠大，足以破壞細(xì)胞膜或壁，同時又要足夠柔和， 以免對物理或化學(xué)造成損害，因此，具有可變強(qiáng)度功能的Sonics Vibra-Cell非常適合此應(yīng)用。
微生物對超聲分解的敏感性差異很大。例如，最容易崩解的是棒狀形式（桿菌），而球形生物 （球菌）則更具抵抗力。結(jié)核病微生物所屬的分枝桿菌屬特別難以破壞。
與動物細(xì)胞相比，酵母，革蘭氏陽性細(xì)菌以及在較小程度上革蘭氏陰性細(xì)菌的細(xì)胞壁要硬得多， 并且需要相對較高的功率才能破壞細(xì)胞。
細(xì)菌極為多樣。因此，很難對所有細(xì)菌提出一個建議。超聲波處理將裂解包括分枝桿菌在內(nèi)的 大多數(shù)革蘭氏陽性和陰性細(xì)菌。通常，將玻璃珠和裂解液添加到細(xì)菌細(xì)胞沉淀中，并將樣品超 聲處理幾分鐘。僅通過在裂解液中進(jìn)行超聲處理就可以裂解某些革蘭氏陰性細(xì)菌。細(xì)菌細(xì)胞壁 可用溶菌酶消化，形成原生質(zhì)球。與革蘭氏陰性菌相比，革蘭氏陽性菌通常需要更嚴(yán)格的消化 作用（增加孵育時間，提高孵育溫度等）。然后用超聲在GITC裂解緩沖液中輕松裂解原生質(zhì)球。
革蘭氏陰性菌通常需要10至15分鐘的處理時間，而葡萄球菌則需要20至30分鐘的處理時間。
使用Vibra-Cell時，應(yīng)使用的強(qiáng)度級別取決于應(yīng)用程序。例如，高強(qiáng)度可能被推薦用于細(xì)胞分 裂，但是當(dāng)細(xì)胞內(nèi)組分的釋放可能令人反感時，例如當(dāng)細(xì)胞分裂時，絕對不應(yīng)使用。細(xì)胞器隔離。
控制探頭尖端的振幅的能力是進(jìn)行過程優(yōu)化的前提。而且由于每種應(yīng)用都需要自己的一組處理 參數(shù)，由于體積和成分的變化，最佳振幅只能憑經(jīng)驗(yàn)確定。處理新樣品時，建議先將幅度設(shè)置 為50％（帶微尖的幅度為30％），然后根據(jù)需要增加或減小。
在超聲破碎之前，可以用各種試劑處理細(xì)胞以幫助破壞過程。 可以通過將細(xì)胞懸浮在低滲緩 沖液中來促進(jìn)溶解，這會使它們通過物理剪切而更容易腫脹和破裂。 溶菌酶可用于消化酵母 和細(xì)菌細(xì)胞壁的多糖成分。 或者，可以通過用玻璃珠處理堅(jiān)韌的細(xì)胞來促進(jìn)細(xì)胞壁的破碎， 從而加快加工速度。 這種處理通常用于酵母細(xì)胞。 樣品的粘度通常在裂解期間由于核酸材料 的釋放而增加。 可以將DNase加入樣品中（25-50 μg / ml），以減少此問題。 超聲處理的材料 不需要核酸酶處理，因?yàn)槌曁幚頃羟腥旧w。 因?yàn)槊慨?dāng)細(xì)胞被操縱時，蛋白水解都會成 為一個問題。 建議在裂解樣品中加入蛋白酶抑制劑。
所有活生物體均含有蛋白水解酶（蛋白酶和肽酶）。多種細(xì)胞功能（例如細(xì)胞修復(fù)或細(xì)胞外物 質(zhì)的消化）都需要蛋白酶。在整個細(xì)胞中，蛋白酶活性受到間隔區(qū)或抑制劑的嚴(yán)格調(diào)控，以防 止對細(xì)胞蛋白質(zhì)的破壞。細(xì)胞裂解干擾了這種調(diào)節(jié)，樣品的蛋白水解降解成為一個問題。因此， 經(jīng)常需要向細(xì)胞裂解緩沖液中添加蛋白酶抑制劑。蛋白酶抑制劑是通過與蛋白酶可逆或不可逆 結(jié)合而起作用的生物或化學(xué)化合物。基于涉及肽鍵裂解的官能團(tuán)，蛋白酶通常屬于四個進(jìn)化上 不同的酶家族之一。因此，通常需要幾種不同類型的抑制劑來保護(hù)蛋白質(zhì)在提取和純化過程中 不被蛋白水解。
細(xì)胞破壞是RNA分離的第一步，也是影響分離RNA產(chǎn)量和質(zhì)量的最關(guān)鍵步驟之一。通常，細(xì)胞 破壞需要快速而徹底。緩慢的破壞，例如將細(xì)胞或組織置于異硫氰酸胍（GITC）裂解液中， 而沒有任何額外的物理剪切，可能會由于內(nèi)部釋放的內(nèi)源性RNase而導(dǎo)致RNA降解，但仍然不 能被蛋白質(zhì)變性劑GITC吸收。當(dāng)處理內(nèi)源性RNase高的組織（如脾臟和胰腺）時，這尤其令人 擔(dān)憂。不完全破壞也可能導(dǎo)致產(chǎn)量降低，因?yàn)闃悠分械哪承㏑NA仍被捕獲在完整細(xì)胞中，因此 無法用于后續(xù)純化。對于大多數(shù)樣品，徹底破壞可以通過在破壞之后仔細(xì)檢查裂解液來監(jiān)測。 除破壞含有堅(jiān)硬，非細(xì)胞成分的物質(zhì)（例如結(jié)締組織或骨骼）外，不應(yīng)有可見的顆粒。
當(dāng)使用Vibra-Cell處理困難的細(xì)胞時，用酶"弱化"細(xì)胞壁進(jìn)行預(yù)處理是有益的。酵母經(jīng)常使用的 酶促方法包括溶菌酶，糖醛酸苷酶，糖苷酶，葡糖醛酸酶，裂解酶，酶解酶和溶葡萄球菌素消 化。溶菌酶，酶解酶和溶葡萄球菌素消化是細(xì)菌和酵母經(jīng)常使用的酶解方法，用于溶解被超聲 波難以剪切的外殼，膠囊，衣殼或其他結(jié)構(gòu)。酶處理后通常在GITC裂解緩沖液中進(jìn)行超聲處 理。膠原蛋白酶可以與膠原蛋白，溶葡萄球菌素和葡萄球菌一起使用，以及胰蛋白酶透明質(zhì)酸 酶與肝臟和腎臟一起使用。
酵母極難破壞。在裝有樣品，胍基裂解緩沖液和小玻璃珠（0.5 – 1毫米）的試管中處理酵母聲 波。強(qiáng)烈建議進(jìn)行上述酶預(yù)處理。
要破壞絲狀真菌，請將菌絲體墊刮入冷研缽中，加入液氮，用杵研磨成細(xì)粉，然后在裂解緩沖 液中超聲處理，使其完全溶解。由于真菌也可能富含多糖，因此用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）進(jìn) 行預(yù)處理可能是有益的。
在土壤和沉積物中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的破壞是通過以下步驟完成的：1）在RNA分離步驟之前，從材料中 分離細(xì)菌細(xì)胞。這是通過在機(jī)械攪拌器中將濕土壤均質(zhì)化，然后以低速沉淀細(xì)菌細(xì)胞來實(shí)現(xiàn)的。 從這一點(diǎn)出發(fā)，可以如上所述對細(xì)菌進(jìn)行裂解，或者2）直接從土壤或沉積物中分離RNA。例如， 將土壤添加到硅藻土和裂解緩沖液中，然后進(jìn)行超聲處理。然后將樣品離心以除去固體碎片。
培養(yǎng)的細(xì)胞相對容易被Vibra-Cell破壞。通過離心收集懸浮液中生長的細(xì)胞，漂洗以除去培養(yǎng)基， 然后通過在GITC裂解緩沖液中超聲處理來裂解。在洗滌和裂解細(xì)胞的同時將燒瓶或平板放在冰 上，將進(jìn)一步保護(hù)RNA免受破壞過程中釋放的內(nèi)源性Rnases的侵害。
洗滌劑細(xì)胞裂解有時會與超聲處理結(jié)合使用以促進(jìn)破壞。洗滌劑通過溶解蛋白質(zhì)并破壞脂質(zhì)： 脂質(zhì)，蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)和蛋白質(zhì)：脂質(zhì)相互作用來破壞細(xì)胞周圍的脂質(zhì)屏障。洗滌劑（如脂質(zhì)） 會自締合并與疏水表面結(jié)合。它們由極性親水性頭基和非極性疏水性尾基組成，并且根據(jù)頭部 基團(tuán)的性質(zhì)分類為離子性（陽離子或陰離子），非離子性或兩性離子。它們的行為取決于頭組 和尾部的屬性。
使用Vibra-Cell時，應(yīng)使用的強(qiáng)度級別取決于應(yīng)用程序。例如，高強(qiáng)度可能被推薦用于細(xì)胞分 裂，但是當(dāng)細(xì)胞內(nèi)組分的釋放可能令人反感時，例如當(dāng)細(xì)胞分裂時，絕對不應(yīng)使用。細(xì)胞器隔離。