Why do scientists need to regulate temperature in laboratory experiments?

Temperature regulation is essential because cells require specific conditions for optimal growth, proteins need controlled heating for structural modification, and reagents must be heated to dissolve or activate. For example, mammalian cell cultures are maintained at 37°C to mimic body temperature, while temperatures above 56°C denature proteins for identification purposes. Different experimental procedures demand different thermal conditions to ensure accurate results.

What is the proper technique for measuring temperature in a stirring liquid?

Immerse the thermometer at least 10-15 centimeters below the liquid surface, positioning it at least 5 centimeters above the container bottom and one thermometer width from the side. Secure it carefully to avoid contact with the stir bar. Read the temperature indicator at eye level without touching the thermometer shaft, as body heat can compromise accuracy.

What temperature range is considered room temperature in laboratory protocols?

Room temperature, abbreviated as RT in protocols, typically ranges from 20-25°C and represents the ambient temperature of most laboratory environments. Unless a protocol specifies otherwise, experiments are assumed to be performed at room temperature. At this temperature, most reagents and cell cultures remain stable, though some require protection from light or specific environmental conditions.

How should you thaw frozen cells or pre-warm reagents in the laboratory?

Use a 37°C water bath for slow, even warming of thawed cells or pre-warmed reagents. Remove samples immediately after the last ice fragment melts to prevent overheating. For contamination prevention, use foam floating racks or metal racks to hold tubes, keeping solutions separate from surrounding water while maintaining consistent warm temperatures.

What equipment is used to culture mammalian cells at optimal temperature?

A 37°C incubator with 5% carbon dioxide atmosphere and a water tray maintaining approximately 95% humidity is standard for mammalian cell culture. This environment mimics physiological conditions. For bacterial cultures, a 37°C incubator or warm room suffices, while shaking incubators rapidly expand bacterial populations by ensuring adequate nutrient distribution and preventing cell sedimentation.

What is heat fixation and why is it used in sample preparation?

Heat fixation is a quick method to affix biological samples like bacterial cells or biomacromolecules to glass slides before staining. This technique enables preparation of chromosomal spreads and other microscopic specimens. It provides a simple, rapid alternative to chemical fixation while preserving sample integrity for subsequent histological sample preparation for light microscopy.

How does heating help dissolve difficult reagents in laboratory solutions?

Heated stirring accelerates dissolution of solid reagents that resist dissolving at room temperature, such as powdered agar. Heat increases molecular motion and solubility. Water and aqueous solutions boil at approximately 100°C, making this an effective temperature for dissolving stubborn reagents. This technique speeds up solution preparation while maintaining reagent integrity.

تنظيم درجة الحرارة في المختبر: تطبيق الحرارة

0 مشاهدة08:29 دقيقة

هناك طرق عديدة لتنظيم درجة الحرارة في المختبر. ففي بعض الأحيان، تحتاج الكواشف إلى التسخين، كما يجب الحفاظ على المزارع الخلوية في درجات حرارة محددة لتحقيق النمو الأمثل، ويجب تنظيم درجة حرارة جسم الحيوان أثناء أو بعد الإجراءات الجراحية. سيتناول هذا الفيديو بنظرة مفصلة بعض الطرق والأسباب التي قد تدفع العالم إلى تسخين المواد، ودرجات الحرارة المحددة المستخدمة لتدفئة العينات والكواشف.

أولاً، من المهم ملاحظة أننا في الإجراءات المختبرية الشائعة، نتحدث عادةً عن درجة الحرارة بمقاييس الدرجات السيلزيوس، أو المئوية. وكما هو الحال مع وحدات القياس المترية الأخرى المستخدمة في العلوم، تعد الدرجة السيلزيوس إحدى معايير النظام الدولي للوحدات لقياس درجة الحرارة.

وكما تعلمون على الأرجح، فإن مقياس الحرارة (الترمومتر) هو الأداة المستخدمة لقياس درجة الحرارة.

للحصول على أدق قراءة لدرجة حرارة سائل تقوم بتسخينه أو تبريده، اغمر مقياس الحرارة بعمق 10-15 cm على الأقل، أو حوالي 4-6 بوصات تحت السطح. ثم قم بتثبيت مقياس الحرارة بعناية باستخدام مشبك أو أي وسيلة أخرى، مع التأكد من أن الأداة ترتفع 5 cm على الأقل، أو حوالي بوصتين، عن قاع الوعاء، وتبعد عن جانب الوعاء مسافة تعادل عرض مقياس الحرارة الواحد على الأقل.

إذا كنت تقوم بتقليب السائل، فتأكد من أن قضيب التقليب لن يصطدم بمقياس الحرارة، وإلا فقد تتسبب في حدوث فوضى خطيرة.

اقرأ مؤشر درجة حرارة السائل بحيث يكون في مستوى العين. وعند قراءة مقياس الحرارة، احذر من لمسه على طول الساق، حيث يمكن أن تؤثر حرارة جسمك على دقة القياس.

بعد ذلك، دعونا نستعرض بعض درجات الحرارة الشائعة التي تُجرى عندها العديد من التجارب.

بناءً على نوع العمل الذي يتم إجراؤه في مختبرك ونوع المعدات الموجودة فيه، تكون درجة الحرارة المحيطة في الغرفة عادةً بين 20-25 ˚C تقريبًا. وبشكل عام، يمكن افتراض أن التجربة ستُجرى في درجة حرارة الغرفة إذا لم يُشر إلى أي متطلبات أخرى لدرجة الحرارة. وغالبًا ما يُرمز لدرجة حرارة الغرفة في البروتوكولات بالاختصار: RT.

عندما تتعامل مع إجراء "in vitro"، فعادةً ما يجب إجراء التجربة عند 37˚C. تتضمن العمليات التي تُجرى "in vitro" أنسجة أو خلايا أو مستخلصات، وتهدف إلى محاكاة الظروف الموجودة داخل الكائن الحي. ومن ناحية أخرى، تُجرى تجارب in vivo على الكائن الحي السليم، وبما أن الثدييات لديها درجة حرارة جسم تبلغ 37 ˚C، فإن تجارب زراعة الخلايا "in vitro" تُجرى عادةً عند هذه الدرجة.

عند درجات حرارة أعلى من 56°C، تنفرد البروتينات، وهي عملية تسمى المسخ (denaturation). يمكن أن يكون هذا مفيدًا لأسباب متنوعة، بما في ذلك تغيير شكل البروتين لتسهيل التعرف عليه بواسطة جسم مضاد كاشف.

يغلي الماء وبعض المحاليل المائية عند 100 °C تقريبًا. كما يمكن أن تكون هذه درجة حرارة جيدة لإذابة الكواشف التي يصعب إذابتها في درجة حرارة الغرفة.

غالبًا ما يشير البروتوكول التجريبي إلى أن خطوات معينة يجب أن تتم في درجة حرارة محددة.

تُجرى التجارب التي تُنفذ على طاولة المختبر في درجة حرارة تتراوح بين 20-25°C تقريبًا، وهي درجة حرارة الغرفة.

تكون معظم الكواشف والمزارع الخلوية مستقرة في درجة حرارة الغرفة، رغم أن بعض الكواشف تحتاج إلى الحماية من الضوء، وبعض التجارب يجب إجراؤها داخل غطاء سحب الدخان (hood) للحفاظ على التعقيم، وبعض المقاييس تحتاج إلى أن تتم داخل غرفة رطبة لمنع جفاف الأنسجة التجريبية أو الكواشف.

عندما ينص البروتوكول الخاص بك على "إذابة الخلايا أو كاشف معين"، استخدم حمامًا مائيًا مضبوطًا على 37 °C لضمان تدفئة بطيئة ومتساوية. وما لم يشير البروتوكول إلى مزيد من التسخين، تأكد من إخراج عينتك من الحمام المائي بمجرد ذوبان آخر قطعة من الجليد.

إذا أشار البروتوكول إلى وجوب استخدام "أوساط مُدفأة مسبقًا" أو كواشف أخرى مُدفأة مسبقًا، فإن الحمام المائي بدرجة 37 °C يكون مفيدًا أيضًا للحفاظ على المحاليل في درجة حرارة دافئة وثابتة - ولكن ليست ساخنة.

من أجل الحفاظ على محاليلك خالية من التلوث أو التخفيف الناتج عن المياه المحيطة، استخدم حاملًا رغويًا عائمًا لإذابة الحصص المجمدة من الخلايا أو لتدفئة أحجام ميكرولترية من المحلول. وإذا كان يُفضل استخدام حامل أنابيب أكثر أمانًا، فيمكن استخدام حامل معدني لهذا الغرض أيضًا.

بالنسبة لأحجام السوائل الأكبر، يمكن استخدام حوامل بلاستيكية أو مشابك معدنية لتثبيت العينات بشكل رأسي في الحمام المائي.

عندما يتم توجيهك لتحضين مزارع الخلايا الثديية، فإن ذلك يعني عادةً وضع الخلايا في حاضنة بدرجة 37 °C، مع جو يحتوي على 5% من ثاني أكسيد الكربون، وصينية مياه تحافظ على رطوبة الحاضنة عند حوالي 95%.

تُزرع الخلايا البكتيرية أيضًا أحيانًا عند 37°C، في حاضنة أو غرفة دافئة. ويمكن استخدام حاضنة هزازة عندما ترغب في زيادة أعداد مزارع الخلايا البكتيرية بسرعة مع تقليل وقت الزراعة؛ فمن خلال هز المزارع السائلة، تضمن حصول البكتيريا على عناصر غذائية وافرة لأنها لا تترسب في قاع الأنبوب.

للتسخين السريع جدًا أو الغليان، استُخدمت الصفائح الساخنة تقليديًا. والآن بعد أن أصبحت أجهزة الميكروويف شائعة في المختبرات، يمكن استخدامها أيضًا لغلي المحاليل المائية بسرعة.

دعونا نلقِ نظرة الآن على بعض الأسباب التي قد تدفعكم لاستخدام التسخين في المختبر.

يُعد التثبيت الحراري طريقة بسيطة وسريعة لتثبيت عينات بيولوجية معينة، مثل الخلايا البكتيرية أو الجزيئات الحيوية الكبيرة، على شريحة زجاجية قبل عملية الصبغ. تظهر هنا بعض الفروق الكروموسومية التي أمكن إعدادها عن طريق التثبيت الحراري.

يمكن أن يساعد التقليب المسخن للمحلول السائل الذي تحاول إذابة كاشف صلب فيه في تسريع العملية، كما هو موضح هنا في إذابة مسحوق الأجار.

تتطلب العديد من تجارب الخلايا الحية فترة حضانة واحدة على الأقل. تتيح حاضنة Incucyte التصوير في الوقت الحقيقي لنمو الخلايا، دون إزعاج الخلايا الذي قد يحدث عند إخراج أوعية المزرعة من الحاضنة.

يمكن أيضاً إجراء تصوير الخلايا الحية باستخدام المجاهر المكتبية. هنا يتم الحفاظ على الخلايا في حاضنة تصوير بينما يتم عرض وتسجيل نشاطها قبل الاستجابة لمحفز تجريبي وبعد إضافته، وذلك لتحليلها لاحقاً.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE حول تنظيم درجات حرارة المختبر عند 23°C فأعلى.

لقد استعرضنا في هذا الفيديو: بعضاً من أكثر معدات المختبر شيوعاً لتسخين الخلايا والحيوانات والمحاليل، وكيفية تحديد المعدات المناسبة لتدفئة الخلايا أو المحاليل، وبعض الأسباب المختلفة التي قد تتطلب تنظيم درجة الحرارة أثناء التجربة. شكراً للمشاهدة، وتذكر دائماً التعامل مع ميزان الحرارة بعناية!

على الرغم من أن العديد من المقايسات التجريبية تُجرى في درجة حرارة الغرفة (RT; ~20-25°C)، إلا أنه من الشائع أن تتطلب التجارب، أو أجزاء منها، نوعاً من ا…