1. פרק 3
שבירת תאים
עמוד 1
פרק 3

2. מטרות מבנה ממברנת התא תהליכי שבירת תאים שבירה מכנית שבירה לא-מכנית
תאור כמותי של תהליכי שבירה מכנית
הימגון
טחנת כדורים
עמוד 2
פרק 3

3. ממברנת התא “The fluid mosaic model” Cytoplasmic membrane, ~10 nm
עמוד 3
פרק 3

4. ממברנת התא Peptidoglycans, ~10-20 nm Cytoplasmic membrane, ~10 nm
Outer membrane
עמוד 4
פרק 3

5. תהליכי שבירת תאים Cell Disruption
שיטות לא-מכניות
שיטות מכניות
הימגון
טחינה
גזירה
אנזימטיות
כימיות
פיזיקליות
עיכול
אנזימטי
המססה
ממיסים
אורגניים
בסיסים
כאוטרופים
גלי קול
אוסמוליזה
טיפול תרמי
עמוד 5
פרק 3

6. אוסמוליזה שלבי הרס אוסמוטי- תא בודד:  התנפחות לכדור  דליפת +K
 יצירת חורים
 דליפת תוכן התא
 אטימת ממברנה
עמוד 6
פרק 3

7. המססה שלבי המססה:  חדירה לדו-שכבת הפוספוליפיד  דליפת תוכן התא,
הרס ממברנה
 מיצלות מעורבות
חפ”ש-ליפיד, קומפלקס
חפ”ש-ליפיד-חלבון
 מיצלות מעורבות
חפ”ש-ליפיד, קומפלקס
חפ”ש חלבון ומיצלות
עמוד 7
פרק 3

8. ! חימום שבירה מכנית כוחות גזירה ו/או לחץ השוברים את דופן התא
קנה מידה תעשייתי
פרטי ציוד סטנדרטיים המשמשים בתעשיות אחרות !
חימום
עמוד 8
פרק 3

9. הימגון Homogenization
לחץ גבוה
עקרון הפעולה:
מעבר תאים דרך נחיר
בלחץ גבוה - עד 400 MPa
עמוד 9
פרק 3

10. מהמגן תעשייתי שסתום הימגון Homogenization valve מהמגן בלחץ גבוה
Homogenizer
שסתום הימגון
Homogenization valve
עמוד 10
פרק 3

11. הימגון מנתי (3.1) (3.2) W, c0 W, cf מעבר יחיד Single pass
הגדרות:
W - ספיקה נפחית
c0 - ריכוז התאים בתרחיף המקורי
cf - ריכוז ביציאה מהמתקן
k - שבר התאים השורדים לאחר המעבר
W, c0
W, cf
שסתום הימגון
מחלף חום
הגדרה!
מעבר יחיד Single pass
תלות בלחץ - אמפירי
n מעברים, בהנחה ש- K קבוע
(3.1)
(3.2)
קצב עיבוד : (ספיקה ממוצעת)
Processing rate
עמוד 11
פרק 3

12. הימגון מנתי עם סחרור W, cf W, c V, c נניח ש K קבוע,
הגדרות:
V - נפח תרחיף התאים
W - ספיקה נפחית
t - זמן הפעלה
c - ריכוז התאים במיכל
c0 - ריכוז התאים בתרחיף המקורי
cf - ריכוז תאים ביציאה בזמן t
k - שבר התאים שורדים
W, cf
W, c
שסתום הימגון
מחלף חום
V, c
נניח ש K קבוע,
מאזן מסה מרכיבי על המיכל
הפרדת משתנים ואינטגרציה
עמוד 12
פרק 3

13. הימגון מנתי עם סחרור (המשך)
(מהשקף הקודם)
(3.3)
(3.4)
עמוד 13
פרק 3

14. הימגון רציף R, cf F, c0 W, C  F, cf V, C נניח ש K קבוע,
הגדרות:
V - נפח תרחיף התאים
W - ספיקה נפחית מהמיכל
F - ספיקת הזנה / תוצר
R - ספיקת תחזיר
c - ריכוז התאים במיכל
c0 - ריכוז התאים בהזנה
cf - ריכוז תאים בזרם היציאה
k - שבר התאים שורדים
W, C 
F, cf
שסתום הימגון
מחלף חום
V, C
נניח ש K קבוע,
מאזן כללי בנקודה 
במצב תמידי, מאזן מרכיבי על המיכל
עמוד 14
פרק 3

15. הימגון רציף (המשך)
(מהשקף הקודם)
(3.5)
(3.6)
עמוד 15
פרק 3

16. טחנת כדורים Bead Mill
שבירת דופן התא
שחרור המרכיבים מהציטופלסמה
כדורים: בדר”כ זכוכית או קרמיקה, אך גם מתכת או פלסטיק
קוטר - בדר”כ מספר מ”מ, ניתן למצוא גדלים שונים (עשרות מיקרונים עד סנטימטרים)
עמוד 16
פרק 3

17. קצב שבירה בטחנת כדורים (3.7)
בד”כ מניחים קינטיקה מסדר ראשון
(3.7)
משתנים תפעוליים
קוטר הכדורים - קטן יותר לתאים קטנים
צורת הסעת הכדורים - טלטול, בחישה
מילוי כדורים - בדר”כ עד 85%
מהירות הסעת הכדורים - מהירות קריטית
שחרור התוצר אינו קורה בהכרח באותו קצב כמו השבירה….
תאים שלמים
תוצר
תאים שבורים K1 K2
עמוד 17
פרק 3

18. שיטות שבירה נוספות
עמוד 18
פרק 3

19. סיכום מבנה וחוזק הממברנה בתאים מסוגים שונים
תהליכים לא-מכניים לשבירת תאים
שבירה פיזיקלית
שבירה כימית
שבירה אנזימטית
קצב שבירת התאים
הימגון מנתי ורציף
טחנת כדורים בהפעלה מנתית
עמוד 19
פרק 3