Beskrivelse

Shaker Orbit – i bane rundt prøvene i verdensrommet?

Orbitalrystere brukes i ulike situasjoner ved dyrking av celler. Hovedformålet er å forbedre luftingen av kulturen. I likhet med sentrifuger har innstillingene stor innvirkning på ytelsen og til slutt på prøvene dine. I tillegg til ristehastigheten er ristebanen en annen viktig påvirkningsfaktor.

Bildekilde: Sakurra/shutterstock.com

Hva er shaker-banen?
Jorden går i bane rundt solen med en gjennomsnittlig avstand på 149,60 millioner km, og et helt omløp tar 365,256 dager [1]. På samme måte som jorden går i bane rundt solen, beveger risteplattformen seg i en bane rundt risterens sentrale akse. Men i motsetning til jorden er ristere mer fleksible, ettersom de er tilgjengelige med ulike ristebaner og justerbar rotasjonshastighet. Diameteren som risteren beveger plattformen rundt denne sirkelen med, defineres som ristediameteren eller ristebanen. Vanlige ristediametre varierer mellom 19 og 50 mm.

Hvordan muliggjøres den orbitale bevegelsen?
Orbitalrystere tilfører energi for å riste væsken i ristebeholdere ved hjelp av roterende sentrifugalkraft. Det må legges til rette for at en fullastet plattform kan ristes samtidig 24/7. Vanlige orbitalshakerkonstruksjoner bruker enten en sentralt plassert eksentrisk drivaksel som plattformen er festet til, eller et system med flere aksler. Et system med flere aksler, som f.eks. trippel eksentrisk drivverk (fig. 1), gir en jevn bevegelse kombinert med høy aksial plattformstabilitet for reproduserbar risting og pålitelig ytelse. For å kompensere for sentrifugalkraften som skapes av væskemassen, bør risteverket være utstyrt med en motvekt. En dårlig motbalansert last kan ikke bare føre til at risteren “går på gulvet”, men også til større slitasje på risteren over tid. En justerbar motvekt er den mest fleksible og gjør det mulig å justere i tilfelle ubalanse, slik at lasten kan kjøres med den ønskede høye hastigheten selv under høy lastmasse.

Labteamet_Shaker-Orbit-Revolving-in-Space-Around-the-Samples

Fig. 1: Et system med flere aksler gir en reproduserbar risting og pålitelig ytelse

Ristebane og rotasjonshastighet – et team med innflytelse
Ristediametrene varierer fra 3 mm til 50 mm, og hastigheten kan justeres avhengig av bruksområdet. Hastighet og bane står i forhold til hverandre. Men hvordan?

Svært små omløpsdiametere som 3 mm er vanligvis kombinert med høye maksimalhastigheter og har som mål å blande små volumprøver på kort tid. En laboratoriemikser har f.eks. en ristediameter på 3 mm og kan med enkelte modeller øke til 3000 o/min for rask og effektiv blanding i små rør eller plateformater (fig. 2).

Labteamet_Shaker-Orbit-Revolving-in-Space-Around-the-Samples-1

Fig. 2: Eppendorf ^{Thermomixer®} C med en ristebane på 3 mm og en maks. hastighet på 3000 o/min* *avhengig av smartblokk

Vanlige ristediametere på orbitrystere som skal brukes til dyrking av celler i ristekar, er 19, 25 eller 50 mm med et fleksibelt hastighetsområde på mellom 25 og 500 o/min. Av disse har de mindre orbitrysterne (19 og 25 mm) vanligvis en maksimal hastighet på 400 eller 500 o/min, mens de store orbitrysterne på 50 mm har en maksimal hastighet på 300 o/min. Kort sagt: Jo mindre omløpsbane, desto høyere maksimal hastighet kan stilles inn.
Oksygenoverføring i ristekolber

Oksygenoverføringshastigheten i Erlenmeyer-kolber påvirkes av risteapparatet (ristebane + omrøringshastighet) og av belastningen (karets utforming, materiale + fyllvolum). Når en Erlenmeyer-kolbe ristes på en orbitalryster, vil sentrifugalkreftene i forbindelse med kolberotasjonen skape en virvelbevegelse og kaste væsken opp på veggene (fig. 3). Det dannes en tynn væskefilm som avsettes på kolbeveggen og skiftes ut for hver omdreining. Denne filmen er det området der oksygen overføres til væsken. Den totale oksygenoverføringshastigheten avhenger av hvor raskt det dannes ny væskeoverflate, eller hvor ofte væskefilmen skiftes ut [2].

Labteamet_Shaker-Orbit-Revolving-in-Space-Around-the-Samples-2

Fig. 3: Fordeling og bevegelse av væske i en Erlenmeyer-kolbe på en orbitalryster [2].

Generelt vil både høyere hastighet og større baner føre til bedre lufting. Men fører en større bane og en høyere hastighet alltid til en høyere vekstrate? Ikke i alle tilfeller. Som nevnt ovenfor er det ikke bare bane og hastighet, men også beholderens form, væsketype og fyllingsvolumnivå som påvirker dannelsen av væskefilmen og dermed luftingen. I tillegg må celletypespesifikke egenskaper, f.eks. robusthet eller følsomhet for skjærspenning, tas i betraktning. En for høy hastighet kan ikke i alle tilfeller være egnet, da det kan føre til fysisk skade på skjærfølsomme celler.

Hvilken bane skal jeg bruke?
Som en tommelfingerregel er 19 eller 25 mm fortsatt standard baner innen mikrobiologi og er også beskrevet i protokoller for store volumkolber innen mikrobiologi [3]. I en test med Erlenmeyer-kolber i ulike størrelser opp til 1 liter ble det ikke observert noen signifikante forskjeller i E. coli-veksthastighet og maksimal celletetthet mellom 25 og 50 mm-banen, med unntak av under de laveste omrøringshastighetene på 100 o/min (fig. 4). Økningen av omrøringshastigheten fra 100 til 200 o/min førte til en høyere vekstrate (fig. 4) og en høyere oksygenoverføringsrate (tabell 1). En ytterligere økning i hastighet til 300 o/min resulterte ikke i en økning i vekst med begge banene, selv om en høyere oksygenoverføringshastighet kunne påvises (tabell 1).

Labteamet_Shaker-Orbit-Revolving-in-Space-Around-the-Samples-3

Fig. 4: Innflytelse av bane og hastighet på E. coli-vekst. E. coli ble ristet ved ulike omdreininger per minutt for 250 ml (data ikke vist), 500 ml og 1 L kolber med et fyllingsvolum på 20 %. Dataene er gjennomsnittet av dupliserte eksperimenter (intern testing, Eppendorf, 2017).

Ved samme omrøringshastighet var oksygenoverføringshastigheten (OTR) for 50 mm orbit shaker noe høyere enn for 25 mm-versjonen, men forskjellene var ikke like signifikante sammenlignet med OTR-økninger forårsaket av økt omrøring.

Labteamet_Shaker-Orbit-Revolving-in-Space-Around-the-Samples-4

Tabell 1: OTR-målinger i en rister med forskjellige hastigheter i en 25 vs. 50 mm orbitryster. Resultatene som vises, var gjennomsnittet av dupliserte eksperimenter (intern testing, Eppendorf, 2017)

Når bør man bruke en 50 mm bane? Ettersom en større diameter øker luftingen, kan det være en fordel å bruke den når du arbeider med skjærfølsomme mikroorganismer eller celler som krever lav omrøringshastighet, for eksempel 150 o/min eller mindre, når du arbeider med store volumkar på over 2 liter eller store volumkar som Fernbach-kolber som ristes ved lave hastigheter. For dypbrønnplater med små volumer kan en 50 mm sammen med høye hastigheter ≥ 300 o/min også være fordelaktig [4].

LEASING / LEIE / AVBETALING

Vårt samarbeid med Svea gjør at du raskt og enkelt kan få et forslag til finansiering som passer dine behov Finansiering opp til 100 %. Du slipper å binde opp kapitalen din. Les mer om leasing og forsikring.

Invester i riktig utstyr nå, for å sikre konkurranseevne, kapasitet og tilgang til viktig utstyr. Utstyret som sikkerhet for finansieringen.

Kontakt oss i dag for et tilbud!