无论做什么方向，生物制药也好、大分子解析也好、代谢网络也好，生物化学和分子生物学家们需要回答的一个基本问题就是，有些什么啊，我得知道系统中有哪些分子啊，因为除了分泌因子（如激素），绝大多数物质一生都待在细胞里。当然现在我们也可以走合成生物学的路线合成大分子搭建代谢网络，但目前研究中还是得靠细胞破碎打头阵。这样，我们就知道细胞破碎的目的是什么了：，这也可以作为广义的细胞破碎定义（细胞破碎不一定需要彻底打破细胞膜）。

　　关于题主提到的细胞物理破碎法，我竟然在维基上查到了这个概念（Physical Cell Disruption），之前几乎没见过这种表述（事实上百度也没看到，看来百度坑人），不过我估摸着题主的意思应该是除一般化学（分析化学那一套范式）和生物化学方法以外的细胞破碎方法，而不是一种特殊的方法。从字面上就可以看出优点，物理方法意味着操作的单纯性，几乎不会引入杂质也很少会不可预见地大量破坏化学键。而且，物理嘛，简单粗暴，肯定量大效优，因此用得也是最多的。不过要更严谨细致地讨论物理破碎法的优劣，就必须分门别类，具体问题具体分析，下面举几个例子：

　　这是目前相对最为简单的方法之一了，由Tim Hopkins在上世纪七八十年代发展起来。实验室一般用小珠子（微玻璃、陶瓷或金属等制成）与细胞样品在水介质中混匀，然后就是激情的碰撞。与化学的同质化处理相比，它更温和（从化学性质变化来看），能制备很好的膜和其他亚细胞水平的结构，破碎率很高，而且方法一般性很强，孢子、酵母、动物植物细胞都可以做，而且是酵母研究最常用的方法。与其它机械剪切方法相比，它受限情形较少，可以处理很小的细胞，一次性可以处理多份，而且没有交叉污染问题（珠子都是一次性的），也不释放环境不友好的物质。

　　珠磨破碎的设备可以很简单，一个试管和珠子就够了，用一般实验都有的振荡器，但这只能破碎很脆的细胞，因此一般都会有专门的珠磨设备，往往不便宜。不过速度和力度上去了很容易产生另一个问题：发热。大型破碎仪一分钟可以升温10度，因此一般需要一边摇一边冷却，或者先把容器预冷却，或者干脆氪金买个更高端的冷却设备，不过这就意味着处理有些组织样品（不同于酵母培养液这种离散的单细胞体系的样品）会很不方便。

　　这种方法由Smucker 和 Pfister在1975年首先描述，适合于处理有较硬细胞外基质的样品，比如结缔组织、静脉组织、一些癌组织和种皮坚硬的种子等。这个优点是珠磨破碎法没有的。液氮冷冻法的原理很简单，就是把细胞冻脆了，然后通过研磨（研钵和研杵也要先冷冻），细胞很容易就碎了。不过这种粗放的方式很容易带来样品的损失（而且很累），所以一般还是用专门的仪器完成（不过除了特别精细的研究，都可以自己撸，我就用这种方法提过毛白杨叶片的DNA）。

　　这种方法是为提取硬组织细胞的核酸或蛋白质样品设计的，适用面不太广，可以视为其它处理方法的补充或预备。

　　这个名字的由来应该是历史原因（不可能它的方法很物理，其它的不物理），因为这种破碎法的发展很早，大概在上世纪40年代，由Charles Stacy French（国姓爷?）发展而来，因此最早的仪器被定名为French Pressure Cell Press，这种仪器已经不用了（公司狗带了），但方法流传了下来，成为现在的高压匀质机，当然细节先进了许多，也是目前非常主流的细胞破碎仪器。

　　这种方法利用的原理主要是空穴现象和高速剪切，给样品体系加压（可以达到十万psi） ，然后从一个小孔释放出来，在突然的减压过程中液体剧烈气化形成的空穴可以破碎细胞（空穴几乎是一个真空，液相剪切力可以很大），同时高速流动的细胞也会被小孔机械剪切。早先的加压主要是气体加压转化为液压，后来改成直接机械加压液体，产生的压力更加稳定持久，可以破碎酵母和革兰氏阳性菌等原来破碎不了的细胞，而且效率更高（大部分溶解率都大于90％）更简单也更安全。

　　维基为这种方法提供了一个更好的技术名称：Pressure Cycling Technology。总的来说，这种方法安全、高效、可重复性强，解决了一些精细的问题，比如制备更多的膜蛋白、促进蛋白质消化、对混合体系中物质的溶解具有差异性、病原体灭活和DNA检测，以及最重要的，增加了对精细样品制备的控制力。

　　这个方法就高科技了，大概是我列举的细胞破碎法里面对设备要求最高的。微射流机技术是一家名叫Arthur D. Little的公司开发的，原理是用一个加装增强泵的微通道（水力学直径小于1mm），以高剪切速率（shear rates）破碎细胞。

　　这个方法最初只是开发用来做脂质代谢物的提取的，但人们越用越好用，发现它可以满足研究的一些苛刻要求，比如颗粒大小、粘度和细胞活性的要求，而且适用范围也不小，破碎大肠杆菌也可以达到90％以上。与其它物理破碎法相比，它对细胞膜的破坏很有效率但比较温和，其中温和体现在细胞膜破片都比较大（450nm），因此细胞悬液的物化性质变化较小，尤其是粘度，小的粘度变化意味着后续的过滤、离心或移液就会方便快捷。另外，由于微射流机的操作单元很小，因此可以对温度进行很精微的控制，这就可以用来提取一些很娇气的蛋白质（热敏感蛋白质，4度的变化就足以变性），使得破碎和降温过程在几十个微秒内完成，保证活性的要求。

　　它还有纳米乳化和颗粒细化方面的用途，不过这应该是材料领域的知识，我也不太懂。这种方法不能像液氮冷冻法一样处理硬组织，其它的都还好，当然还有个缺点，得氪金才用得了，不过考虑到它可以工业推广一次处理几千升，其实也不是很昂贵。

　　这种方法非常适用于精细研究的需要，所有的优点都可以用四个字概括：均匀、保护。它的原理很简单（其实物理方法的原理都很简单），就是给容器加上高压力的氮气，使得细胞悬液内溶解大量氮气，然后突然减压，氮气快速释放，涨破细胞。这个方法没有任何的摩擦，因此也没有任何的热效应，氮气的挥发还具有冷却的效果，同时挥发的氮气还可以形成保护层，使得提取物不会被氧化。不仅没有摩擦，它还可以避免摩擦，因为所有的细胞几乎都在一瞬间全部破碎，均匀一致性非常好，所以细胞之间不会发生剧烈摩擦，最大限度地保护了亚细胞结构。因为氮减压的种种优点，它被亲切地称为controlled disruptive action obtained in a PTFE and glass mortar and pestle homogenizer（PTFE和玻璃研磨器中可控的破碎操作）。

　　其实“氮减压”不一定要用氮，CO、N2O、CO2、压缩空气都可以，不过因为N2是最廉价易得的“惰性”气体，对体系的化学性质（比如pH值）影响几乎没有，因此应用最广泛。

　　氮减压尤其适用大部分动物细胞这种没有细胞壁的细胞，有些植物细胞、受精卵和脆弱的细菌也可以处理，但酵母、真菌孢子和难处理的细菌就没办法了。一般氮减压用于温和可重复地制备组织细胞匀浆，细胞膜制备，完整的细胞器制备和不稳定化合物的提取。

　　其它的就随便说一下，听名字就可以知道特点：a.超声波破碎法，也是利用空穴效应，不过热效应太大，不能做工业推广。b.渗透冲击法，就是高中课本上浸泡清水制备血影的那种方法，简单粗暴。c.撞击破碎法，现在的高压匀浆机已经把它与细胞物理破碎法整合在一起，优点是破碎就在一瞬间，不会发生过度破碎，因此可以保护细胞器膜。

　　总之，细胞破碎是个很复杂的工作，具体问题需要具体分析，不同方法适用不同的情景，没有一种方法包打天下，很多时候还需要经验和感觉来指导选择。

　　细胞学实验中，尤其是植物细胞实验，常常会遇到的细胞裂解的相关实验，目的是通过机械货非机械的方法打破细胞壁的束缚，从而在进行细胞质或细胞核内部完成DNA编辑相关操作的一种实验方法。细胞破碎的方法主要有以下8种：

　　机械细胞破坏实际上就是这样：通过固体或液体剪切的方式强行打开细胞壁并溢出内容物。机械破碎的优点是不会引入可能干扰您想要提取的物质的化学物质。然而，容易造成大分子内容物失活。

　　研磨破壁法通常是将植物组织样本放在置于冷冻液氮中，通过组织研磨器的研磨来完成的。当组织材料被破坏时，可以通过添加溶剂来提取代谢物。

　　珠磨法是指在等量的细胞悬液和涡旋混合器中加入玻璃珠或磁珠用于通过固体剪切的作用来使细胞裂解的方法。这种细胞裂解法的机械剪切力足够温和，可以保持细胞器的完整性，具有较高的细胞破碎率可大规模使用，适用于各种细胞破碎。缺点是：大分子内容物较易失活，并且浆液分离较为困难。

　　超声波均质器的工作原理是在浸入细胞溶液中的钛探针中引起振动。发生称为空化的过程，其中微小气泡形成并爆炸，产生局部冲击波并通过压力变化破坏细胞壁。这种方法非常适用于植物和真菌细胞，但有一个缺点：噪音较大，所以使用时，必须在额外的房间内进行。

　　均质器在细胞上使用类似于珠法的剪切力。可以通过将细胞挤压到比它们略小的管子中来进行均质化，从而剪掉外层（法压）或使用搅拌机中的旋转刀片（转子-定子处理器）。

　　冻融循环通过在解冻时形成冰晶和细胞膨胀来起作用，最终导致破裂。用于藻类和软植物材料。缺点是非常耗时。

　　高温（和压力）会破坏细胞壁内的键，也会使蛋白质变性。尽管速度很快，但如果您的应用受到热对电池其余部分的损害影响，您最好找到另一种方法。

　　非机械方法会涉及到添加分解细胞壁成分相关的酶或化学品。它们通常与机械力结合使用，以确保完全破坏细胞。使用它们的缺点是细胞裂解后较难将细胞从这些物质中分离出来。

　　天然存在的酶可用于去除细胞壁，例如在分离原生质体（无壁细胞）时。根据您使用的生物组织样本，可以使用纤维素酶、几丁质酶、溶菌酶（破坏肽聚糖）、甘露糖酶、聚糖酶（等）等溶菌酶。

　　醇、醚或氯仿等有机溶剂可以通过渗透细胞壁和细胞膜来破坏细胞壁。如果您想提取疏水性分子（如植物色素），它们会较为方便，因为它们会被收集在溶剂中。通常用于植物成分的萃取。EDTA主要用于破坏革兰氏阴性细菌的细胞壁，因为其细胞壁含有脂多糖，这些脂多糖由 Mg 2+和 Ca 2+等阳离子稳定。EDTA 会螯合阳离子，从而在细胞壁上留下孔洞，使外来基因轻松穿透细胞壁到达细胞内部。