Temperatuurregulering in het laboratorium: monsters bewaren middels koeling

Het conserveren van laboratoriummonsters, specimens en reagentia is een vereiste voor onderzoekslaboratoria wereldwijd. Een efficiënte manier om de integriteit en levensvatbaarheid van monsters in de loop van de tijd te behouden, is door ze bij lage temperaturen te bewaren.

Of u nu met een monster aan de bench werkt of een monster bewaart aan het einde van een experiment, er kunnen verschillende koelmethoden worden toegepast. Deze video demonstreert de soorten koelmiddelen en instrumenten die doorgaans in het laboratorium worden aangetroffen en helpt u begrijpen welke typen monsters bij welke temperaturen worden bewaard.

De keuze van het koelmiddel is afhankelijk van de aard van de experimentele procedure die wordt uitgevoerd.

Conventioneel ijs is de logische keuze voor het kortstondig bewaren van monsters. U weet waarschijnlijk dat ijs bevroren water is, dat bij normale atmosferische druk een smeltpunt heeft van 0 °C, zoals u kunt zien in dit fasediagram. Misschien wist u niet dat het soms "nat ijs" wordt genoemd, omdat het vloeibaar wordt wanneer het opwarmt bij kamertemperatuur.

"Nat ijs" is ideaal om monsters en reagentia koud te houden tijdens het werken ermee of bij transport.

Waar "nat ijs" vaste H2O is, is "droogijs" de vaste vorm van koolstofdioxide, met een smeltpunt van -78.5 ˚C. Droogijs smelt bij atmosferische druk niet tot een vloeistof, maar gaat direct over in koolstofdioxidegas via een proces dat sublimatie wordt genoemd. Sublimatie verwijst naar een overgang van de aggregatietoestand van vast direct naar gas en vindt plaats onder het tripelpunt in een fasediagram.

Gebruik droogijs wanneer u werkt met biologische specimens, zoals bevroren bacteriële of mammaliaanse cellen of weefsels, die over het algemeen worden bewaard bij temperaturen ruim onder 0˚C.

Droogijs is ook voordelig omdat het bij de faseovergang geen residu achterlaat, wat het ideaal maakt voor het maken van een vriesbad door vloeistof over het droogijs te gieten.

Vloeibare stikstof is gecondenseerd stikstofgas en wordt gewoonlijk geschreven als "LN2". Bij atmosferische druk kookt vloeibare stikstof, of gaat deze over van vloeistof naar gas, bij -196 °C, wat u kunt zien aan het fasediagram.

Wanneer biologische specimens bewaard moeten worden bij temperaturen die lager zijn dan wat de meeste laboratoriumvriezers kunnen bereiken, wordt vloeibare stikstof gebruikt.

Vloeibare stikstof kan worden bewaard in een dewarkolf, of vacuümflask, met een lospassend deksel of in een grote tank-dewar uitgerust met een overdrukventiel om drukopbouw in het systeem te voorkomen.

Hoewel ze niet toxisch zijn, zijn droogijs en vloeibare stikstof gevaarlijke materialen en mogen ze pas worden gehanteerd nadat u bent ingewerkt door een ervaren lid van het laboratorium.

Vanwege de extreem lage temperaturen van vloeibare stikstof en droogijs kan er bij contact met de huid ernstige weefselbeschadiging optreden. Draag altijd passende bescherming, waaronder cryogene handschoenen en een laboratoriumjas. Gebruik instrumenten om monsters te manipuleren om contact met de huid te vermijden.

Bovendien mogen luchtdichte containers nooit worden gebruikt om droogijs of vloeibare stikstof te bewaren, aangezien deze koelmiddelen overgaan in een gasvormige toestand. Onder luchtdichte omstandigheden kan de druk oplopen, wat kan leiden tot een explosie.

En nu de instrumenten die monsters koud houden… Laboratoriumkoelkasten en vriezers reguleren de temperatuur nauwkeuriger dan huishoudelijke apparaten om een uniforme temperatuur in de gehele unit te garanderen.

Ze zijn over het algemeen uitgerust met temperatuurmonitoringsystemen en alarmen die afgaan na een significante temperatuurverandering.

Bewaar nooit voedsel of drinken in labkoelkasten of vriezers, omdat dit kan leiden tot contaminatie met toxische chemicaliën of bacteriën. U zult een andere plek moeten vinden om uw lunch te bewaren.

Koelkasten worden op 4°C gehouden en over het algemeen gebruikt voor tijdelijke opslag van monsters, vooral wanneer invriezen de integriteit van het monster kan beïnvloeden.

Veel reagentia en oplossingen worden bij 4°C bewaard om hun houdbaarheid te verlengen, waaronder weefselkweekmedia en gegoten celkweekplaten, die voor gebruik worden opgewarmd.

Koudekamers zijn ideaal voor de opslag van grotere apparatuur die bij lage temperaturen moet werken, zoals vloeistofchromatografie-units.

Vriezers van laboratoriumkwaliteit variëren in temperatuur van -20° C tot -196 °C voor cryogene vriezers.

Voor de opslag van nucleïnezuren en reagentia, zoals restrictie-enzymen, is -20 °C de juiste keuze. Na het uitnemen uit de vriezer moeten monsters en reagentia op ijs worden bewaard.

-80°C en cryogene vriezers zijn geschikt voor de opslag van bevroren weefsel en cellen over een langere periode na cryopreservatie in vloeibare stikstof. Droogijs wordt over het algemeen gebruikt om monsters te transporteren die uit -80 ˚C vriezers zijn gehaald.

Cryopreservatie is een term die verwijst naar de langetermijnopslag van weefsels of zelfs levende cellen. Bij temperaturen onder nul wordt alle biologische activiteit, inclusief reacties die het monster afbreken, effectief stopgezet.

Bij het invriezen van levende cellen en weefsel kunnen ijskristallen worden gevormd, wat leidt tot celdehydratie en beschadiging, evenals de ophoping van opgeloste moleculen tot schadelijke concentraties.

Snelinvriezen (snap- of flash-freezing) is het proces waarbij biologische monsters snel worden ondergedompeld in vloeibare stikstof, of een mengsel van droogijs en ethanol, zodat er geen grote ijskristallen kunnen worden gevormd die de cellen beschadigen. Cryoprotectanten kunnen ook als additief worden gebruikt om de vorming van ijs te verminderen.

Als alternatief voor snelinvriezen kunnen machines worden gebruikt om het vriesproces langzaam te beheersen, wat nodig is om de schapenembryo's die u hier ziet te cryopreserveren.

Onlangs is vitrificatie geïntroduceerd als een methode om cellen en weefsel te cryopreserveren zonder schade door ijskristallen. Dit proces transformeert de vloeistof in het monster tot een niet-kristallijne, glasachtige vaste stof door snelle afkoeling in de aanwezigheid van bepaalde cryoprotectanten.

U heeft zojuist de introductie van JoVE over het koelen van laboratoriummonsters en reagentia bekeken.

In deze video hebben we verschillende soorten koelmiddelen en apparatuur besproken, evenals voorbeelden van wanneer elke koelmethode moet worden gebruikt. We hebben daarnaast verschillende manieren geïntroduceerd om biologische monsters cryopreserveer te bewaren. Bedankt voor het kijken.