Wstęp do wirówki

Wirówka to instrument wykorzystywany w niemal każdym laboratorium badań biomedycznych na całym świecie.

Wirowanie jest procesem, w którym wirówka służy do rozdzielania składników złożonej mieszaniny.

Poprzez wirowanie próbek laboratoryjnych z bardzo dużymi prędkościami, składniki danej mieszaniny są poddawane sile odśrodkowej, co powoduje migrację gęstszych cząsteczek w kierunku przeciwnym do osi obrotu, natomiast lżejszych w stronę tej osi. Cząsteczki te mogą osadzać się na dnie probówki, tworząc tzw. pellet, a tak wyizolowany materiał lub pozostały roztwór, czyli supernatant, może zostać poddany dalszej obróbce lub analizie.

Głównym elementem wirówki jest rotor, czyli ruchoma część obracająca się z wysokimi prędkościami.

Rotory mogą mieć stałą pozycję lub wirówka może wykorzystywać wiele rotorów zamocowanych na elemencie zwanym wrzecionem.

Zazwyczaj rotor wirówki posiada pokrywę, którą mocno przykręca się, aby zapobiec wyrzuceniu próbek.

Wiele wirówek posiada jednostkę chłodzącą, która pozwala na kontrolowanie temperatury wewnętrznej podczas wirowania.

Posiadają one również pokrętła lub przyciski do wprowadzania parametrów każdego cyklu, które mogą obejmować czas wirowania, temperaturę oraz wielkość wirowania w postaci prędkości lub siły względnej.

Prędkość wirowania mierzy się w RPM, czyli obrotach na minutę. RPM jest wartością problematyczną, ponieważ to nie prędkość wirówki powoduje oddzielenie cząstek od mieszaniny, lecz siła działająca na te cząstki.

Siła działająca na cząstkę jest związana z promieniem rotora wirówki, a ponieważ różne wirówki mają różne rozmiary rotorów, przy tej samej prędkości lub RPM mogą być przyłożone różne siły.

Siła wirowania może być również określona jako względna siła odśrodkowa, czyli RCF. RCF jest zazwyczaj przedstawiana jako wielokrotność przyspieszenia grawitacyjnego Ziemi.

RCF wyraża się jako iloczyn promienia rotora i kwadratu prędkości kątowej podzielony przez przyspieszenie grawitacyjne Ziemi.

RCF można powiązać z RPM za pomocą następującego równania, gdzie r oznacza promień wirówki mierzony w centymetrach.

Zastosowanie tego równania może decydować o niepowodzeniu lub sukcesie eksperymentu, jednak nie trzeba wykonywać tych obliczeń dla każdej nowej procedury. Wirówki często są wyposażone w nomogramy, które pomagają w łatwej konwersji RCF na RPM. Należy użyć linijki, aby połączyć promień wirówki z daną wartością RPM w celu uzyskania RCF.

Przed rozpoczęciem wirowania próbek należy zwrócić uwagę na temperaturę. W przypadku korzystania z wirówki chłodzącej należy poczekać, aż temperatura wewnętrzna urządzenia osiągnie pożądaną wartość przed rozpoczęciem wirowania, lub zastosować inne metody chłodzenia rotora.

Bezpośrednio przed wirowaniem należy upewnić się, że wszystkie zakrętki probówek są mocno dokręcone i zabezpieczone.

Podczas umieszczania probówek należy dopilnować, aby każda próbka była zrównoważona przez inną próbkę umieszczoną bezpośrednio naprzeciwko niej.

Jeśli dysponujesz tylko jedną probówką, przygotuj drugą, która będzie pełnić funkcję przeciwwagi.

W przypadku trzech probówek można je ułożyć w trójkąt w taki sposób, aby znajdowały się w jednakowej odległości od siebie.

Równoważenie masy w wirówce jest kwestią krytyczną. Rotory wirówek osiągają wysokie prędkości i posiadają dużą energię kinetyczną. W przypadku niewłaściwego wyważenia całe urządzenie może zostać wyrzucone z miejsca postoju, co może doprowadzić do poważnych uszkodzeń.

Po upewnieniu się, że rotor i pokrywa są zabezpieczone, uruchom wirówkę i poczekaj, aż osiągnie ona pożądaną prędkość. W razie zauważenia jakiegokolwiek problemu poproś o pomoc doświadczonego pracownika laboratorium.

Po zakończeniu wirowania badany materiał biologiczny powinien być widoczny na dnie probówki w postaci osadu (pelletu), który oddzielił się od reszty roztworu, czyli nad cieczy (supernatantu).

Nad ciecz można usunąć poprzez dekantację (czyli przelanie) lub aspirację (czyli odessanie za pomocą próżni).

Oczyszczony materiał można następnie wprowadzić z powrotem do roztworu w procesie zwanym resuspensją. Powtarzanie etapów wirowania komórek, aspiracji nad cieczy i resuspensji w buforze często określa się mianem płukania komórek.

Po zapoznaniu się z podstawami wirowania, czas przyjrzeć się rodzajom dostępnych wirówek oraz procedurom, które można za ich pomocą przeprowadzić.

Wirówki z rotorem kątowym są prawdopodobnie najczęściej spotykanym typem tego urządzenia w laboratorium. Wiele wirówek naktlenkowych i stołowych należy do tej kategorii.

Wirówki te, w których probówki znajdują się w stałej, pod kątem ustawionej pozycji, są wykorzystywane w protokołach wirowania różnicowego. W takich procedurach seria wirowań przy różnych prędkościach pozwala na oczyszczanie próbek biologicznych, takich jak komórki zwierzęce. Typowo protokoły te obejmują kilka etapów płukania komórek.

W przeciwieństwie do rotorów kątowych, rotory wahadłowe posiadają ruchome uchwyty na probówki, które pozwalają próbkom odchylać się na zewnątrz. Rotory te są korzystne w zastosowaniach takich jak wirowanie w gradiencie gęstości, gdzie próbki biologiczne migrują do poszczególnych warstw medium gradientowego. Ten rodzaj wirowania jest przydatny do szybkiego oddzielania jednego typu komórek od innego lub do izolacji poszczególnych organelli.

Na koniec, ultrawirówka to największe z urządzeń tego typu, jakie można znaleźć w laboratorium. Może ona osiągać prędkości przekraczające 70 000 rpm, co sprawia, że jest idealnie dostosowana do izolacji małych cząsteczek, takich jak DNA lub wirusy.

Ze względu na wysokie prędkości pracy tej wirówki, należy zachować szczególną ostrożność, aby upewnić się, że ładunek jest odpowiednio zrównoważony, a rotor i pokrywa są prawidłowo zabezpieczone.

Właśnie obejrzeli Państwo wprowadzenie JoVE do wirowania. W tym filmie omówiliśmy: czym jest wirówka i jak działa, jak obsługiwać i uruchamiać wirówkę, środki ostrożności oraz różne zastosowania wirowania. Dziękujemy za oglądanie i pamiętajcie o balansowaniu probówek.