Wszyscy słyszeliśmy o wirowaniu, a dokładniej o strasznych historiach związanych z tym, że wirowanie idzie źle, jak w przypadku słynnego wypadku w wirówce Cornell. Większość błędów związanych z wirowaniem wynika ze złej obsługi przez użytkownika. Dlatego ważne jest, aby zrozumieć dlaczego robimy to, co robimy podczas wirowania, aby uniknąć uszkodzenia maszyny i personelu. Poniżej wymieniłem niektóre z najczęstszych problemów, które można łatwo przeoczyć podczas wirowania i dlaczego są one tak ważne dla właściwego obchodzenia się z wirówką.
It’s All About Balance
Wirowanie wytwarza siły odśrodkowe w celu skutecznego oddzielenia składników próbki w oparciu o jej rozmiar i gęstość. Niewielkie niewyważenie wagi może powodować nienormalne wibracje, które mogą uszkodzić wirnik. Niewyważona wirówka jest równie niebezpieczna jak niestabilna reakcja chemiczna. Może nie tylko uszkodzić urządzenie, lecz także zapoczątkować efekt domina katastrof na całej drodze od awarii urządzenia, do pęknięcia próbki, która może uwolnić potencjalnie szkodliwe zanieczyszczenia do środowiska (próbki zakaźne, szkodliwe aerozole, itp.).), a także obrażenia użytkownika, co w sumie prowadzi do zniszczeń na dużą skalę i stanowi poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa.
A) Potrzeba precyzyjnego wyważania przy dużych prędkościach
Precyzyjne wyważanie jest kluczowe podczas wirowania z dużymi prędkościami. Aby to lepiej zrozumieć, musimy wrócić do kilku podstawowych pojęć z fizyki. Zgodnie z drugim prawem Newtona, siła (F) jest równa masie (M) razy przyspieszenie (A). Tak więc, siła odśrodkowa generowana podczas wirowania jest wprost proporcjonalna do masy próbki i jej przyspieszenia. Podczas ruchu okrężnego przyspieszenie jest związane z prędkością obrotową i promieniem wirnika. Przy dużych prędkościach, nawet niewielkie zmiany w masie próbki mogą prowadzić do znacznego braku równowagi sił, co może być katastrofalne w skutkach.
B) Wyważanie na podstawie typu wirnika
Niezależnie od tego, czy wirówka ma wirnik o stałym kącie obrotu, czy wirnik wahadłowy, dwa ważne czynniki do rozważenia przy wyważaniu obejmują objętość próbki i symetryczne rozmieszczenie probówek. Ważne jest, aby zapewnić, że objętości próbki są równe we wszystkich probówkach i że probówki są umieszczone naprzeciwko siebie w wirówce. Jeśli liczba probówek jest nierówna, należy ją wyrównać przez dodanie dodatkowej probówki wypełnionej wodą do tej samej objętości co probówki doświadczalne. Jeśli roztwory nie mają podobnej gęstości (np. aceton i woda), probówki powinny mieć jednakową masę, a nie objętość, aby równowaga była prawidłowa. Dodatkowym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę w przypadku wirników z wahadłowymi łyżkami, jest upewnienie się, że wszystkie gniazda zawierają łyżki wirnika odpowiednie dla danej maszyny i o tej samej masie.
2. RCF vs. RPM i dlaczego to ma znaczenie
RCF (względna siła odśrodkowa lub siła g) i RPM (obroty na minutę) są powszechnie używane do opisania prędkości odśrodkowej. Jednak jednostki te są zupełnie różne. RPM oznacza prędkość obrotową, która zależy od promienia wirnika. RCF oznacza siłę odśrodkową działającą na próbki i uwzględnia zarówno promień wirnika, jak i prędkość obrotową. Ten sam współczynnik RCF można uzyskać w wirówkach o różnych rozmiarach wirnika, odpowiednio regulując obroty. To sprawia, że RCF jest najlepszą jednostką do opisu prędkości wirowania, ponieważ można ją porównywać we wszystkich wirówkach, podczas gdy RPM jest stała tylko dla wirówek o tym samym promieniu wirnika. Mówiąc prościej, RPM nie jest równe RCF, a ustawienia prędkości RPM muszą być przeliczone na RCF, aby zapewnić, że zastosowana jest właściwa siła odśrodkowa.
3. Czas, prędkość i wirowanie
Wybór prędkości wirowania zależy od wielkości i kruchości cząstek w próbce. Im mniejszy rozmiar cząstek, tym większa prędkość wirowania. Na przykład, komórki bakteryjne są granulowane przy wyższych prędkościach (2000-10,000 x g) niż komórki ssaków (500-2000 x g). Ponadto, niższe prędkości wirowania mogą być stosowane w przypadku bardziej delikatnych próbek.
Innym krytycznym czynnikiem, który wpływa na wydajność rozdzielania jest RCF. RCF jest proporcjonalny do promienia wirnika i do kwadratu liczby obrotów na minutę. Ze względu na kwadratową zależność RCF od RPM, prędkości wirowania 1000 RPM przez 5 minut i 500 RPM przez 10 minut nie mogą być stosowane zamiennie. Pierwsza z nich wytwarza znacznie większy RCF niż druga. Dlatego ważne jest, aby rozważyć RCF przy określaniu prędkości i czasu wirowania.
4. Wirowanie w różnych temperaturach
Wirowanie generuje ciepło, które może podnieść temperaturę w wirówce (czasami o ponad 15°C). Może to mieć wpływ na stabilność próbek wrażliwych na temperaturę. W takich przypadkach zwykle preferowane są wirówki chłodzone. Jednakże, stałe temperatury mogą być również utrzymywane w wirówce o temperaturze otoczenia. Na temperaturę próbki podczas wirowania mają wpływ przede wszystkim trzy czynniki: materiał wirnika, kształt wirnika i prędkość obrotów.
A) Materiał wirnika
Podczas wirowania na temperaturę może mieć wpływ przewodność cieplna materiału wirnika. Rotory wykonane z metalu, takie jak stal i aluminium, mają dużą gęstość i wysoką przewodność cieplną. Skutecznie przenoszą ciepło i szybko ulegają schłodzeniu. Przeciwnie, materiały takie jak polimery i włókna węglowe są izolatorami ciepła i utrzymują stałą temperaturę.
B) Kształt wirnika
Kształt wirnika określa przepływ powietrza w wirówce, podobnie jak łopatki wentylatora elektrycznego wpływają na przepływ powietrza do i z maszyny. Optymalizacja przepływu powietrza w wirówce poprzez kształt wirnika jest niezbędna do utrzymania temperatury.
C) Prędkość
Prędkość obrotów jest wprost proporcjonalna do wzrostu temperatury – przy wyższych prędkościach generowane jest więcej ciepła. Ważne jest, aby znać maksymalną prędkość wirówki i zakres prędkości, które utrzymują zakres temperatury, który nie zmieni wyniku doświadczenia. Zazwyczaj informacje te są podawane przez producenta w instrukcji obsługi sprzętu, aby pomóc użytkownikowi zrozumieć ograniczenia i obejść je.
5. To Brake or Not to Brake
Podczas wirowania, rozdzielanie składników próbki jest kontynuowane podczas fazy zwalniania. Wiele wirówek oferuje możliwość sterowania ustawieniami opóźnienia (hamulca) w celu szybszego zatrzymania wirówki, ale kiedy naprawdę potrzebujemy tej opcji i jaki jest jej wpływ na wyniki próbki?
Hamowanie może być szczególnie przydatne podczas wirowań obejmujących ekstrakcje kwasów nukleinowych lub granulację komórek bakteryjnych, na które nagłe zatrzymanie nie ma wpływu. Jednak w przypadku eksperymentów, które są bardziej wrażliwe na nagłe spowolnienie, takich jak izolacja komórek jednojądrzastych krwi obwodowej i wirowania gradientowe, hamowanie może spowodować ponowne wymieszanie oddzielonych warstw. W takich przypadkach bardziej odpowiednie jest wyłączenie hamulca, tak aby zwalnianie było stopniowe i nie zakłócało gradientów. Niektóre wirówki zapewniają zakres ustawień opóźnienia. Może to być przydatne przy wirowaniu komórek ssaków, które są wrażliwe na nagłe spowolnienia, ale jednocześnie wymagają pewnego opóźnienia, aby zminimalizować czas potrzebny wirówce na zatrzymanie się.
6. Gdzie jest granulat?
Jednym z najczęstszych zastosowań wirowania jest granulowanie próbek, takich jak komórki bakteryjne, komórki ssaków lub kwasy nukleinowe. Podczas stosowania wirnika o stałym kącie nachylenia, kąt nachylenia wirnika określa położenie osadu. Aby zawsze wiedzieć, gdzie znajduje się osad, dobrą praktyką laboratoryjną jest odwracanie probówek z zawiasami pokrywek ustawionymi w tej samej orientacji (np. zawiasy pokrywek skierowane na zewnątrz). Jest to szczególnie przydatne, aby zapobiec utracie próbki podczas ekstrakcji DNA, gdy osad jest prawie niewidoczny po etapie płukania etanolem. W przypadku wirników typu swing-bucket, granulki powstają głównie na dnie probówki.
Ogółem, mam nadzieję, że lektura tego artykułu pomoże Ci pracować wygodniej i pewniej z wirówkami. Jeśli widziałeś lub przeżyłeś katastrofę wirówki, śmiało podziel się swoją historią wraz z wszelkimi wskazówkami i trikami, aby zapewnić szczęśliwe wirowanie w komentarzach poniżej. Niech siła będzie z Tobą!
- Eppendorf. Bezpieczeństwo Wirówki.
- Eppendorf. Przewodność cieplna.
- Sigma. Sample Temperature during High Throughput Ambient Temperature Centrifugation using Sigma 4-5L .
- Owen Mitch Griffith. Ponowne mieszanie próbek podczas rozdzielania w gradiencie gęstości przy użyciu wirnika o stałym kącie nachylenia Thermo Scientific Fiberlite F21-8x50y mL.
Czy to Ci pomogło? Proszę podzielić się tym z innymi użytkownikami sieci.