Temperaturregulation im Labor: Anwendung von Wärme

Es gibt viele verschiedene Wege die Temperatur im Labor zu regulieren. Manchmal muss man eine Reagenz aufwärmen, Zellkulturen müssen bei spezifischen Temperaturen für optimales Zellwachstum gehalten werden und die Körpertemperatur von Tieren muss während und nach Operationen reguliert werden. Dieses Video wird einige Gründe für das Erwärmen von Proben und Reagenzien erläutern und verschiedene Verfahren vorstellen, wie Wissenschaftler Dinge auf spezifische Temperaturen aufwärmen können.

Zuerst ist zu beachten das wir in Laborverfahren normalerweise über Temperaturmessungen mit Grad Celsius sprechen. Wie andere metrische Einheiten, die in der Wissenschaft gebraucht werden, ist das Grad Celsius eine Internationale Standardeinheit für das Messen von Temperaturen.

Wie ihr sicherlich wisst, ist ein Thermometer ein Instrument das benutzt wird um die Temperatur zu messen. Um die akkurateste Temperaturmesssung einer Flüssigkeit zu erhalten, die man aufwärmt oder abkühlt, sollte man das Thermometer 10-15 cm, oder 4-6 inches unter die Oberfläche halten. Dann sollte man das Thermometer festklammern oder anderweitig sichern und sicherstellen das es mindestens 5 cm oder 2 in über dem Boden des Behälters und mindestens eine Thermometerweite entfernt von der Seite des Behälters ist.

Wenn die Flüssigkeit gerührt wird, sollte man sicherstellen das das Thermometer nicht in die Nähe des Magnetrührstäbchens kommt, weil das zu einem gefährlichen Schlamassel führen kann.

Das Thermometer sollte auf Augenhöhe abgelesen und außerdem nicht angefasst werden. Die eigene Körperwärme kann die Genauigkeit der Messung beeinträchtigen.

Als nächstes schauen wir uns einige gebräuchliche Temperaturen an, bei denen Experimente gemacht werden.

Abhängig von der Art der Laborarbeit und der Geräte im Labor sollte die Raumtemperatur normalerweise zwischen 20-25˚C liegen. Man kann üblicherweise annehmen das ein Experiment bei Raumtemperatur ausgeführt werden kann wenn keine andere Temperatur angegeben ist. Raumtemperatur wird in Protokollen oft, wie ihr sicherlich erraten könnt, mit RT angegeben.

Ein in vitro Verfahren sollte normalerweise bei 37˚C durchgeführt werden. Verfahren die in vitro ausgeführt werden beinhalten normalerweise Gewebe, Zellen oder Extrakte, wobei versucht wird die in vivo Bedingungen so gut wie möglich nachzustellen. Auf der anderen Seite werden in vivo Experimente in Tieren ausgeführt, und da Säugetiere eine Körpertemperatur von 37˚C haben werden in vitro Zellkulturexperimente bei dieser Temperatur gemacht.

Bei Temperaturen über 56˚C verlieren Proteine ihre ursprüngliche Faltungsform in einem Prozess der Denaturierung genannt wird. Das kann auch nützlich sein, zum Beispiel für das Öffnen und Verändern der Struktur für die bessere Erkennung mit Antikörpern.

Wasser und auf Wasser basierende Lösungen sieden bei etwa 100˚C. Dies kann auch eine gute Temperatur sein um die Reagenzien aufzulösen die sonst bei Raumtemperatur schwierig in Lösung gehen.

Oft gibt es verschiedene Schritte in einem Protokoll, die bei spezifischen Temperaturen ausgeführt werden müssen.

Experimente, die auf der Laborbank stattfinden, werden normalerweise bei 20-25˚C, oder Raumtemperatur, gemacht.

Bei Raumtemperatur sind die meisten Reagenzien und Zellkulturen stabil. Allerdings müssen einige Reagenzien vor Licht beschützt werden und einige Experimente müssen in einem Laborabzug gemacht werden um Sterilität zu gewährleisten. Einige Verfahren müssen in einer Feuchtkammer stattfinden um das experimentelle Gewebe vor dem Austrocknen zu schützen.

Wenn das Protokoll angibt Zellen oder eine bestimmte Reagenz aufzutauen sollte man ein 37˚C warmes Wasserbad benutzen um die Probe langsam und gleichmäßig zu erwärmen. Wenn keine andere Temperatur in dem Protokoll angegeben wird, sollte man die Probe aus dem Wasserbad nehmen sobald das letzte bisschen Eis geschmolzen ist.

Wenn das Protokoll „vorher aufgewärmtes Medium“ vorgibt, sollte man das 37˚C warme Wasserbad benutzen um die Lösungen bei konstant warmer, aber nicht heißer, Temperatur zu halten.

Um Lösungen frei von Verunreinigungen oder Verdünnung mit Wasser zu halten, sollte man eine Schaumschwimmhalterung verwenden um zum Beispiel Zellen aufzutauen oder Mikrolitervolumen von Lösungen aufzuwärmen. Wenn eine sicherere Halterung gewünscht ist, kann man auch eine Metallhalterung verwenden.

Für größere Volumen von Flüssigkeiten können Plastikgestelle und Metallklammern verwendet werden um Proben aufrecht im Wasserbad zu platzieren.

Wenn man Säugerzellen inkubieren soll, geschieht dies meist in einem 37˚C warmen Inkubator mit 5% Kohlenstoffdioxid, und einem Wasserbecken, das den Inkubator bei ca. 95% Luftfeuchtigkeit hält.

Bakterielle Zellen werden auch manchmal bei 37˚C in einem Inkubator, oder Warmraum, kultiviert. Ein schüttelnder Inkubator kann verwendet werden um die Bakterienkultur schnell zu vermehren und Zeit zu sparen. Beim Schütteln von flüssigem Medium stellt man sicher das die Bakterien ausreichende Nährstoffe erhalten weil sie nicht an der Unterseite des Reaktionsglases sedimentieren.

Für schnelles Aufwärmen oder Sieden werden traditionell Wärmeplatten benutzt. Nun das jedoch Mikrowellen häufig im Labor vorhanden sind können diese auch verwendet werden um wässrige Lösungen schnell zu erhitzen.

Nun schauen wir uns einige Gründe an, wieso man Sachen im Labor erhitzen möchte.

Die Hitzefixierung ist ein schneller Weg um biologische Proben, wie zum Beispiel bakterielle Zellen und Biomakromoleküle auf Objektträger vor der Einfärbung aufzutragen. Hier sieht man eine Chromosomenpräparation, die mit Hitzefixierung hergestellt wurde.

Das Rühren einer Lösung unter Wärmeeinwirkung kann helfen eine Substanz schneller in Lösung zu bringen, wie zum Beispiel pulverförmiges Agar das hier aufgelöst wird.

Viele lebende Zellexperimente brauchen mindestens einen Inkubationsschritt. Der Inducyte Inkubator ermöglicht das Abbilden von Zellwachstum in Echtzeit, ohne das die Zellen gestört werden wenn Zellkulturbehälter vom Inkubator genommen werden.

Das Abbilden von Zellen in Echtzeit kann auch von Tischmikroskopen gemacht werden. Hier werden Zellen in einem Mikroskopierinkubator gehalten während ihre Aktivität als Folge der Zugabe eines experimentellen Stimulus für die spätere Analyse aufgenommen wird.

Das war die Einführung in das Regulieren der Termperatur über 23˚C von JoVE. In diesem Video haben wir uns einige häufig verwendete Laborgeräte angeschaut um Zellen, Tiere und Lösungen warm zuhalten. Wir haben außerdem behandelt wie man entscheidet welches Gerät man für das Aufwärmen von welchen Zellen oder Lösungen benutzt, und verschiedene Gründe ausgeführt wieso die Temperatur bei bestimmten Experimenten reguliert werden muss. Danke für eure Aufmerksamkeit und vergesst nicht das Thermometer sorgfältig zu benutzen!