Seit den 1940er Jahren wird Hochdruck als Methode des Zellaufschlusses verwendet, insbesondere von der französischen Pressure Cell Press oder kurz French Press. Diese Methode wurde von Charles Stacy French entwickelt und nutzt hohen Druck, um Zellen durch eine enge Öffnung zu zwingen, wodurch die Zellen aufgrund der Scherkräfte, die über die Druckdifferenz erfahren werden, lysieren. Während französische Pressen in vielen mikrobiologischen Labors zu einem Grundnahrungsmittel geworden sind, wurde ihre Produktion weitgehend eingestellt, was zu einem Wiederaufleben alternativer Anwendungen ähnlicher Technologie führte.
Moderne physikalische Zelldisruptoren arbeiten typischerweise entweder über pneumatischen oder hydraulischen Druck. Obwohl pneumatische Maschinen typischerweise kostengünstiger sind, kann ihre Leistung aufgrund von Schwankungen des Verarbeitungsdrucks während des gesamten Hubs der Luftpumpe unzuverlässig sein. Es wird allgemein angenommen, dass hydraulische Maschinen eine überlegene Lysierfähigkeit bieten, insbesondere bei der Verarbeitung schwerer zu brechender Proben wie Hefe oder grampositiven Bakterien, aufgrund ihrer Fähigkeit, während des gesamten Kolbenhubs einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten. Da die French Press, die mit hydraulischem Druck betrieben wird, in der Lage ist, die am häufigsten verwendeten Zelltypen zu über 90% zu lysen, wird sie häufig als Goldstandard für die Lyseleistung angesehen, und moderne Maschinen werden häufig nicht nur in Bezug auf die Lyseeffizienz, sondern auch in Bezug auf Sicherheit und Benutzerfreundlichkeit verglichen. Einige Hersteller versuchen auch, auf dem traditionellen Entwurf zu verbessern, indem sie Eigenschaften innerhalb dieser Maschinen anders als der Druck ändern, der die Probe durch die Öffnung fährt. Ein solches Beispiel ist Constant Systems, die kürzlich gezeigt haben, dass ihre Zelldiscruptoren nicht nur der Leistung einer traditionellen French Press entsprechen, sondern auch darauf abzielen, die gleichen Ergebnisse bei einer viel geringeren Leistung zu erzielen.
Druckzyklustechnologie („PCT“). PCT ist eine patentierte Technologieplattform, die wechselnde hydrostatische Druckzyklen zwischen Umgebungs- und Ultrahochdruck (bis zu 90.000 psi) verwendet, um die Wirkung von Molekülen in biologischen Proben sicher, bequem und reproduzierbar zu steuern, z., der Bruch (Lyse) von Zellen und Geweben aus menschlichen, tierischen, pflanzlichen und mikrobiellen Quellen und die Inaktivierung von Krankheitserregern. PCT-verbesserte Systeme (Instrumente und Verbrauchsmaterialien) adressieren einige herausfordernde Probleme bei der biologischen Probenvorbereitung. PCT-Vorteile umfassen: (a) Extraktion und Rückgewinnung von mehr Membranproteinen, (b) verbesserte Proteinverdauung, (c) differentielle Lyse in einer gemischten Probenbasis, (d) Pathogeninaktivierung, (e) erhöhte DNA-Detektion und (f) verbesserte Kontrolle des Probenvorbereitungsprozesses.
Die für den Zellaufschluss verwendete Mikrofluidisiermethode beeinflusst stark die physikochemischen Eigenschaften der lysierten Zellsuspension, wie Partikelgröße, Viskosität, Proteinausbeute und Enzymaktivität. In den letzten Jahren hat die Microfluidizer Methode Popularität in der Zellaufschluß wegen seiner Benutzerfreundlichkeit und Leistungsfähigkeit an vielen verschiedenen Arten Zellen aufbrechen gewonnen. Die Mikrofluidisatortechnologie wurde von einer Firma namens Arthur D. Little lizenziert und erstmals in den 1980er Jahren entwickelt und eingesetzt, zunächst als Werkzeug zur Herstellung von Liposomen. Es wurde seitdem unter anderem in anderen Anwendungen wie Zellaufschluss-Nanoemulsionen und Feststoffpartikelgrößenreduktion eingesetzt.
Durch die Verwendung von Mikrokanälen mit fester Geometrie und einer Verstärkerpumpe werden hohe Scherraten erzeugt, die die Zellen brechen. Diese Methode der Zelllyse kann zu einem Bruch von über 90% der E. coli-Zellen führen.
Viele Proteine sind extrem temperaturempfindlich und können in vielen Fällen bereits bei Temperaturen von 4 Grad Celsius denaturieren. Innerhalb der Mikrokanäle überschreiten die Temperaturen 4 Grad Celsius, aber die Maschine ist so ausgelegt, dass sie schnell abkühlt, so dass die Zeit, in der die Zellen erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, extrem kurz ist (Verweilzeit 25 ms-40 ms). Wegen dieser effektiven Temperaturüberwachung erbringt der Microfluidizer höhere Niveaus von aktiven Proteinen und von Enzymen als andere mechanische Methoden, wenn die Proteine temperaturempfindlich sind.
Viskositätsänderungen werden auch häufig beobachtet, wenn Zellen zerstört werden. Wenn die Zellsuspensionsviskosität hoch ist, kann dies die nachgelagerte Handhabung — wie Filtration und genaues Pipettieren — ziemlich schwierig machen. Die Viskositätsänderungen, die mit einem Microfluidizer beobachtet werden, sind verhältnismäßig niedrig und nehmen mit weiteren zusätzlichen Durchläufen durch die Maschine ab.
Im Gegensatz zu anderen mechanischen Aufschlussmethoden bricht der Mikrofluidisator die Zellmembranen effizient, aber schonend, was zu relativ großen Zellwandfragmenten (450 nm) führt und somit die Trennung des Zellinhalts erleichtert. Dies kann zu kürzeren Filtrationszeiten und einer besseren Zentrifugationstrennung führen.
Microfluidizer-Technologie skaliert von einem Milliliter bis zu Tausenden von Litern.
