一、工作原理

1. 超聲波產生：儀器通過高頻電子振蕩器產生 15kHz~50kHz 的高頻電信號（常用 20kHz~30kHz）。

2. 能量轉換：換能器將電信號轉化為高頻機械振動（超聲波振動），振動通過探頭（變幅桿）傳遞到液體樣本中。

3. 空化效應與剪切力：
   超聲波在液體中傳播時，會產生周期性的壓力變化，形成大量微小氣泡（空化泡）。這些氣泡在壓力作用下迅速膨脹、破裂（空化效應），瞬間釋放巨大能量，產生強烈的沖擊波和剪切力，從而破碎細胞結構（如細胞膜、細胞壁），達到裂解樣本的目的。

二、核心參數

• 頻率：常用 15kHz~50kHz，低頻（如 15kHz~20kHz）適合破碎堅硬樣本（如細菌、植物細胞），高頻（如 30kHz~50kHz）適合敏感樣本（如動物細胞），可減少熱損傷。

• 功率：一般為 50W~2000W，功率越大，破碎能力越強，但需匹配樣本量（小樣本用低功率，避免過熱）。

• 處理量：從幾十微升（微量離心管）到幾十升（工業級設備）不等，實驗室常用機型處理量多為 0.5mL~500mL。

• 溫控功能：多數儀器配備低溫冷卻系統（如冰水浴、循環水冷），因為超聲波振動會產生熱量，高溫可能破壞樣本中的生物活性物質（如酶、蛋白質、核酸）。

• 探頭類型：根據樣本容器和體積選擇，常見有尖形探頭（微量樣本）、平板探頭（大體積或培養皿樣本）、杯式探頭（避免交叉污染）等。

三、主要應用場景

1. 細胞 / 細菌破碎：

• 裂解細菌（如大腸桿菌、鏈球菌）、真菌、酵母、植物細胞（含細胞壁）、動物細胞等，釋放 intracellular 成分（如蛋白質、核酸、酶、代謝物）。

2. 樣本乳化與分散：

• 制備納米顆粒懸浮液、脂質體、乳液（如食品中的均質化處理）。

3. 其他應用：

• 降解高分子物質（如淀粉、纖維素）、加速化學反應（超聲輔助萃取）、處理土壤樣本提取污染物等。

四、優勢與局限性

• 優勢：

• 操作簡便，可快速處理樣本（幾秒至幾分鐘）；

• 破碎效率高，能處理多種類型的生物樣本；

• 適合小體積樣本，且可通過探頭設計減少交叉污染。

• 局限性：

• 產生的熱量可能破壞熱敏性物質（需配合冷卻）；

• 高功率下可能導致樣本中核酸斷裂（需控制時間和功率）；

• 對大量樣本處理效率較低（工業級設備可緩解此問題）。

五、使用注意事項

1. 樣本預處理：

• 避免樣本中含有堅硬顆粒（如沙子），以免損壞探頭；

• 對于高濃度樣本，可適當稀釋，提高破碎均勻性。

2. 溫控保護：

• 長時間操作時，需開啟冷卻系統（如冰水浴），或采用 “工作 - 暫停" 交替模式（如工作 30 秒，暫停 30 秒），防止樣本過熱。

3. 探頭維護：

• 每次使用后及時清洗探頭（用去離子水或酒精擦拭），避免殘留樣本腐蝕；

• 探頭浸入液體深度適中（一般 1~2cm），避免空載運行（空轉會損壞換能器）。

4. 安全防護：

• 超聲波可能對人體聽力造成影響，建議佩戴耳塞；

• 操作時避免探頭接觸容器壁，以防產生噪音和損壞容器。

六、常見品牌

• 進口品牌：美國 Sonics、德國 Bandelin、日本 SMT、英國 Cole-Parmer 等，以高精度和穩定性著稱。

• 國產品牌：寧波新芝、南京先歐、上海比朗等，性價比高，適合常規實驗室需求。