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Température au laboratoire: utilisation de la chaleur

Regulating Temperature in the Lab: Applying Heat

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Regulating Temperature in the Lab: Applying Heat

1.14: Regulating Temperature in the Lab: Preserving Samples Using Cold

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08:29 min

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April 30, 2023

Overview

Bien que de nombreuses analyses expérimentales sont réalisées à température ambiante (« RT » pour « room temperature » en anglais ; ~20-25°C), il n’est pas inhabituel pour des expériences, ou parties d’expériences, d’exiger certain type de régulation de température. Cette vidéo explique les différentes raisons pour lesquelles une régulation est nécessaire et les températures auxquelles un scientifique pourrait vouloir « garder des éléments chauds ». Par exemple, parfois, les cellules ont besoin d’être cultivées dans un environnement proche de la température du corps (~37°C), la structure des protéines a besoin d’être modifiée (au delà de 56°C), ou les réactifs et les solutions doivent être chauffés (~100°C). La manière correcte de tenir un thermomètre et de mesurer la température tout en mélangeant un liquide est également expliquée. Puisqu’il n’est pas toujours évident de réguler la température dans le laboratoire, cette vidéo parle aussi des types d’équipements qu’il faudrait choisir dans chaque situation.

Procedure

Il y a plusieurs moyens de réguler la température au labo. Parfois les réactifs ont besoin d’être chauffés, les cultures de cellules ont besoin d’être maintenues à des températures spécifiques pour une croissance optimale, et la température du corps d’un animal a besoin d’être régulée, pendant ou après les procédures chirurgicales. Cette vidéo va s’interesser de plus près aux moyens et raisons qui peuvent pousser un scientifique à rechauffer l’atmosphère, et les températures spécifiques utilisées pour chauffer des échantillons et réactifs.

Tout d’abord, il est important de noter que dans les procédures habituelles de laboratoire, nous parlons de température sur l’échelle de mesure des Celsius, ou Centigrade. Comme les autres unités de mesure métrique utilisées en science, le degré Celsius est l’une des unités standard du Système International pour la mesure de température.

Le thermomètre, comme vous le savez probablement déjà, est l’instrument utilisé pour mesurer la température.

Pour obtenir la lecture de température la plus précise d’un liquide que vous chauffez ou refroidissez, immergez le thermomètre d’au moins 10 à 15 cm, ou environ 4 à 6 pouces, au-dessous de la surface. Ensuite attachez précautionneusement le thermomètre en place, en prenant soin que l’instrument soit à au moins 5 cm, ou environ 2 pouces au-dessus du fond du récipient, et à au moins un thermomètre de largueur du côté latéral du récipient.

Si vous mélangez le liquide, vérifiez que le thermomètre ne bloque pas le mélangeur magnétique, auquel cas vous pourriez vous retrouver avec un dangereux probleme sur les bras.

Lisez l’indicateur de la température du liquide au niveau des yeux. Lorsque vous lisez le thermomètre, faites attention à ne pas le toucher le long de la tige. Votre chaleur corporelle pourrait affecter la précision de la mesure.

Ensuite, passons en revue quelques une des températures habituellement utilisées pour une grande partie des expériences.

En fonction du type de travail réalisé et du type d’équipement hébergé dans votre laboratoire, la température ambiante de la pièce devrait normalement être entre 20-25 °C. Il est généralement acquis qu’une expérience doit être réalisée à température ambiante si aucune température particulière n’est mentionnée. La température ambiante est souvent abréviée dans les protocoles par RT pour « Room Temperature » en anglais.

Lorsque vous êtes confrontés avec une procédure in vitro, l’expérience doit généralement être réalisée à 37 °C. Les procédés réalisés in vitro impliquent des tissus, cellules ou extraits, et essayent d’imiter les conditions qui existent à l’intérieur d’un organisme. Les expériences in vivo, d’autre part, sont réalisées dans l’organisme intact, et puisque les mammifères ont une température corporelle de 37 °C, les expériences de culture de cellules « in vitro » sont typiquement réalisées à cette température.

A des températures supérieures à 56°C, les protéines se déroulent, selon un procédé appelé dénaturation. Ceci peut être utile pour une variété de raisons, notamment l’ouverture ou le changement de forme d’une protéine pour une identification simplifiée par un anticorps de détection.

L’eau et quelques solutions à base d’eau, ou aqueuses, bouillent à approximativement 100 °C. Cela peut aussi être une bonne température à laquelle dissoudre des réactifs qui sont difficiles à amener en solution à température ambiante.

Fréquemment, un protocole expérimental indiquera que certaines étapes ont besoin d’être réalisées à une température spécifique.

Les expériences exécutées sur le banc de labo sont réalisées à environ 20-25°C, autrement dit à température ambiante.

A température ambiante, la plupart des réactifs et des cultures de cellules sont stables, bien que quelques réactifs ont besoin d’être protégés de la lumière, quelques expériences doivent être réalisées sous hotte pour maintenir la stérilité, et quelques tests doivent prendre place à l’intérieur d’une chambre humide, pour empêcher l’assèchement des tissus ou des réactifs expérimentaux.

Lorsque votre protocole dit de « dégeler les cellules ou un réactif particulier », utilisez un bain d’eau programmé à 37°C pour un chauffage lent et uniforme. A moins que votre protocole ne vous indique de chauffer à nouveau plus tard, retirez l’échantillon du bain marie dès que le dernier fragment de glace a fondu.

Si le protocole indique qu’un «milieu réchauffé » ou tout autre réactif préchauffé doit être utilisé, un bain marie à 37°C est aussi utile pour garder les solutions à une température constante et tempérée – mais pas trop chaude.

En vue de garder vos solutions libres de contamination ou de dilution par l’eau environnante, utilisez un flotteur en mousse pour décongeler des aliquotes de cellules gelées ou pour chauffer des microlitres de solution. Si un porte-tube plus sécurisé est préféré, un rack métallique peut également être utilisé dans ce but.

Pour des volumes de liquide plus importants, des racks en plastique ou des pinces en métal peuvent être utilisées pour tenir les échantillons droit dans le bain marie.

Lorsque vous êtes invités à incuber des cultures de cellules mammifères, cela signifie généralement placer les cellules dans un incubateur à 37°C, avec une atmosphère à 5% de dioxyde de carbone, et un plateau d’eau pour garder l’humidité de l’incubateur à environ 95%.

Parfois, les cellules bactériennes sont aussi cultivées à 37°C, dans un incubateur ou une pièce chauffée. Un incubateur à vibrations peut être utilisé lorsque vous voulez développer rapidement le nombre de culture de cellules bactériennes, tout en diminuant le temps de culture. En agitant le liquide de culture, vous assurez que les bactéries reçoivent des nutriments en suffisance car elles ne sédimentent pas au fond du tube.

Pour un chauffage ou une ébullition très rapide, des plaques chauffantes ont traditionnellement été utilisées. Maintenant que les micro-ondes sont habituellement trouvés dans les labos, ils peuvent également être utilisés pour bouillir rapidement des solutions aqueuses.

Maintenant jetons un oeil aux raisons pour lesquelles vous pourriez vouloir chauffer certaines choses au labo.

La fixation par la chaleur est un moyen simple et rapide pour fixer certains échantillons biologiques comme les cellules bactériennes ou les biomacromolécules à une lame de verre avant leur coloration. Ici vous voyez des étalements de chromosomes rendus possible par la fixation par la chaleur.

Chauffer et mélanger la solution liquide dans laquelle vous essayez de dissoudre un réactif solide peut aider à accélérer le procédé, comme la gélose en poudre qui est dissoute ici.

Beaucoup d’expériences sur cellules vivantes requièrent au minimum une période d’incubation. L’incubateur Incucyte permet l’imagerie en temps réel de la croissance cellulaire, sans perturber les cellules lorsque les récipients de culture sont retirés de l’incubateur.

L’imagerie de cellules vivantes peut être également réalisée avec des microscopes fixes. Ici les cellules sont maintenues dans un incubateur à imagerie pendant que leur activité avant et en réponse à l’addition d’un stimulus expérimental, est visualisée et enregistrée pour analyse future.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE à la régulation des températures de laboratoire à 23°C et au-delà. Dans cette vidéo nous avons vu quelques unes des pièces d’équipement de labo les plus communes pour chauffer les cellules, les animaux et les solutions, comment décider quelle pièce d’équipement utiliser pour chauffer les cellules ou solutions, et quelques raisons pour lesquelles la température pourrait devoir être régulée pendant une expérience. Merci de nous avoir regardé et souvenez-vous de tenir votre thermomètre avec attention!

Transcript

There are many ways to regulate temperature in the lab. Sometimes reagents need to be heated, cell cultures need to be maintained at specific temperatures for optimal growth, and animal body temperature needs to be regulated during or after surgical procedures. This video will take a closer look at some of the ways and reasons a scientist might want to heat things up and the specific temperatures used to warm samples and reagents.

First, it’s important to note that in common laboratory procedures, we commonly talk about temperature in measurements of degrees of Celsius, or Centigrade. Like the other metric units-of-measurement used in science, the degree Celsius is one of the International System of Units standard for measuring temperature.

The thermometer, as you probably already know, is the instrument used to measure temperature.

To get the most accurate temperature reading of a liquid you are heating or chilling, immerse the thermometer at least 10-15 cm, or about 4-6 inches below the surface. Then carefully clamp or otherwise secure the thermometer in place, taking care that the instrument is at least 5 cm, or about 2 inches, above the bottom of the container and at least one thermometer width from the side of the container.

If you are stirring the liquid, make sure that the thermometer is not going to be bumped by the stir bar, otherwise, you could have a hazardous mess on your hands.

Read the liquid temperature indicator at eye level. When reading a thermometer, take care not to touch it along the shaft. Your body heat can affect the accuracy of the measurement.

Next, let’s review some common temperatures at which many experiments take place.

Depending on the type of work performed in your laboratory and the type of equipment housed in your lab, the ambient temperature of the room will normally be between about 20-25 ˚C. It can generally be assumed that an experiment is to be performed at room temperature if no temperature requirement is otherwise indicated. Room temperature is often abbreviated in protocols as, you guessed it: RT.

When you are confronted with an “in vitro” procedure, the experiment usually has to be conducted at 37˚C. Processes that are carried out “in vitro” involve tissue, cells, or extracts and attempt to mimic the conditions that exist inside an organism. In vivo experiments, on the other hand, are performed with the intact organism, and since mammals have a body temperature of 37 ˚C, “in vitro” cell culture experiments are typically carried out at this temperature.

At temperatures above 56°C, proteins unfold, a process called denaturation. This can be useful for a variety of reasons, including opening changing a proteins shape for easier identification by a detection antibody.

Water and some water-based, or aqueous, solutions boil at approximately 100 °C. It can also be a good temperature at which to dissolve reagents that are difficult to bring into solution at room temperature.

Frequently, an experimental protocol will indicate that certain steps need to take place at a specific temperature.

Experiments run at the bench are carried out at about 20-25°C, or room temperature.

At room temperature, most reagents and cell cultures are stable although some reagents need to be protected from light, some experiments need to be performed in a hood to maintain sterility, and some assays need to take place within a humid chamber to prevent the experimental tissues or reagents from drying out.

When your protocol says, to “thaw to cells or a particular reagent”, use a water bath set to 37 °C for slow and even warming. Unless your protocol indicates further heating, be sure to remove your sample from the water bath as soon as the last ice fragment has melted.

If protocol indicates that “pre-warmed media” or other pre-warmed reagents should be used, a 37 °C water bath also is useful for keeping solutions at a constant, warm – but not hot — temperature.

In order to keep your solutions free from contamination or dilution from the surrounding water, use a foam floating rack to thaw frozen aliquots of cells or to warm microliter volumes of solution. If a more secure tube holder is preferred, a metal rack can be used for this purpose as well.

For larger volumes of liquid, plastic racks or metal clamps can be used for holding samples upright in the water bath.

When you are instructed to incubate mammalian cell cultures, it usually means to place the cells in a 37 °C incubator, with a 5% carbon dioxide atmosphere, and a water tray to keep that keeps the incubator at about 95% humidity.

Bacterial cells are also sometimes cultured at 37°C, in an incubator, a warm room. A shaking incubator can be used when you want to quickly expand bacterial cell culture numbers, while decreasing culture time By shaking liquid cultures, you ensure that bacteria receive ample nutrients because they don’t sediment at the bottom of the tube.

For very rapid heating or boiling, hot plates have traditionally been used. Now that microwaves are commonly found in the lab, they can be used to quickly boil aqueous solutions as well.

Now let’s take a look at some of the reasons you might want to heat things up in the lab.

Heat fixing is a simple and quick way to affix certain biological samples, like bacterial cells or biomacromolecules, to a glass slide before staining. Here you can see some chromosomal spreads that were made possible via heat fixation.

Heated stirring of the liquid solution into which you are trying to dissolve a solid reagent can help speed up the process, like the powdered agar that is being dissolved here.

Many live cell experiments require at least one incubation period. The Incucyte incubator allows real time imaging of cell growth, without the perturbation of the cells that can occur when culture containers are removed from the incubator.

Live cell imaging can be performed with desktop microscopes as well. Here cells are maintained in an imaging incubator while their activity before and in response to the addition of an experimental stimulus is being viewed and recorded for later analysis.

You’ve just watched JoVE’s introduction to regulating laboratory temperatures at 23°C and above.

In this video we reviewed: some of the most common pieces of lab equipment for heating cells, animals and solutions, how to decide which piece of equipment to use for warming cells or solutions, and some different reasons temperature may need to be regulated during an experiment. Thanks for watching and remember handle your thermometer with care!

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