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Regular a temperatura no laboratório: aplicando calor

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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

Embora muitos ensaios experimentais sejam realizados à temperatura ambiente (RT; ~20-25°C), não é incomum que experimentos, ou partes de experimentos, exijam algum tipo de regulação de temperatura. Este vídeo discute as diferentes razões e temperaturas nas quais um cientista pode querer “manter as coisas aquecidas”. Por exemplo, em algum momento, as células precisam ser cultivadas em um ambiente próximo à temperatura corporal (~37°C), a estrutura proteica precisa ser modificada (>56°C), ou reagentes e soluções precisam ser aquecidas (~100°C). Também é discutida, a maneira correta de manusear um termômetro e medir a temperatura em líquidos de agitação. Como nem sempre é óbvio como regular as temperaturas em laboratório, este vídeo também falará sobre quais tipos de equipamento alguém pode escolher em cada situação.

Procedure

Há muitas maneiras de regular a temperatura no laboratório. Às vezes, os reagentes precisam ser aquecidos, as culturas celulares precisam ser mantidas a temperaturas específicas para um crescimento ideal, e a temperatura do corpo animal precisa ser regulada durante ou após os procedimentos cirúrgicos. Este vídeo vai dar uma olhada mais de perto em algumas das maneiras e razões pelas quais um cientista pode querer aquecer as coisas e as temperaturas específicas usadas para aquecer amostras e reagentes.

Primeiro, é importante notar que em procedimentos laboratoriais comuns, comumente falamos sobre temperatura em medições de graus Celsius, ou Centígrados. Como as outras unidades métricas de medição utilizadas na ciência, o grau Celsius é um dos padrões do Sistema Internacional de Unidades para medir a temperatura.

O termômetro, como você provavelmente já sabe, é o instrumento usado para medir a temperatura.

Para obter a leitura de temperatura mais precisa de um líquido que você está aquecendo ou resfriando, mergulhe o termômetro pelo menos 10-15 cm, ou cerca de 4-6 polegadas abaixo da superfície. Em seguida, fixar cuidadosamente ou fixar o termômetro no lugar, tomando cuidado para que o instrumento tenha pelo menos 5 cm, ou cerca de 2 polegadas, acima da parte inferior do recipiente e pelo menos um termômetro de largura do lado do recipiente.

Se você estiver mexendo o líquido, certifique-se de que o termômetro não será atingido pela barra de agitação, caso contrário, você pode ter uma bagunça perigosa em suas mãos.

Leia o indicador de temperatura líquida ao nível dos olhos. Ao ler um termômetro, tome cuidado para não tocá-lo ao longo do eixo. O calor do seu corpo pode afetar a precisão da medição.

Em seguida, vamos rever algumas temperaturas comuns em que muitos experimentos ocorrem.

Dependendo do tipo de trabalho realizado em seu laboratório e do tipo de equipamento alojado em seu laboratório, a temperatura ambiente da sala normalmente será entre 20-25 °C. Geralmente, pode-se supor que um experimento deve ser realizado à temperatura ambiente se nenhum requisito de temperatura for indicado de outra forma. A temperatura ambiente é frequentemente abreviada em protocolos como, você adivinhou: RT.

Quando você é confrontado com um procedimento “in vitro”, o experimento geralmente tem que ser conduzido a 37°C. Processos que são realizados “in vitro” envolvem tecido, células ou extratos e tentam imitar as condições que existem dentro de um organismo. Experimentos in vivo, por outro lado, são realizados com o organismo intacto, e como os mamíferos têm uma temperatura corporal de 37 °C, experimentos de cultura celular “in vitro” são tipicamente realizados a esta temperatura.

A temperaturas acima de 56°C, as proteínas se desdobram, um processo chamado desnaturação. Isso pode ser útil por uma variedade de razões, incluindo a abertura mudando uma forma de proteínas para uma identificação mais fácil por um anticorpo de detecção.

A água e algumas soluções à base de água, ou aquosas, fervem a aproximadamente 100 °C. Também pode ser uma boa temperatura para dissolver reagentes que são difíceis de trazer para solução à temperatura ambiente.

Frequentemente, um protocolo experimental indicará que certas etapas precisam ocorrer a uma temperatura específica.

Os experimentos realizados no banco são realizados a cerca de 20-25°C, ou temperatura ambiente.

À temperatura ambiente, a maioria dos reagentes e culturas celulares são estáveis, embora alguns reagentes precisem ser protegidos contra a luz, alguns experimentos precisam ser realizados em um capô para manter a esterilidade, e alguns ensaios precisam ocorrer dentro de uma câmara úmida para evitar que os tecidos experimentais ou reagentes sequem.

Quando o protocolo diz, para “descongelar as células ou um reagente específico”, use um banho de água definido a 37 °C para retardar e até mesmo aquecer. A menos que seu protocolo indique mais aquecimento, certifique-se de remover sua amostra do banho de água assim que o último fragmento de gelo derreter.

Se o protocolo indicar que “mídia pré-aquecida” ou outros reagentes pré-aquecidos devem ser usados, um banho de água de 37 °C também é útil para manter as soluções em uma temperatura constante, quente – mas não quente — temperatura.

Para manter suas soluções livres de contaminação ou diluição da água circundante, use um rack flutuante de espuma para descongelar alíquotas congeladas de células ou para aquecer volumes de microliter de solução. Se um suporte de tubo mais seguro for preferido, um rack de metal também pode ser usado para este fim.

Para maiores volumes de líquido, racks plásticos ou grampos metálicos podem ser usados para segurar amostras eretas no banho de água.

Quando você é instruído a incubar culturas de células de mamíferos, geralmente significa colocar as células em uma incubadora de 37 °C, com uma atmosfera de 5% de dióxido de carbono, e uma bandeja de água para manter a incubadora com cerca de 95% de umidade.

As células bacterianas também são às vezes cultivadas a 37°C, em uma incubadora, uma sala quente. Uma incubadora de agitação pode ser usada quando você quer expandir rapidamente os números da cultura celular bacteriana, enquanto diminui o tempo de cultura Ao agitar culturas líquidas, você garante que as bactérias recebam nutrientes amplos porque eles não sedimentam na parte inferior do tubo.

Para aquecimento muito rápido ou ebulição, placas quentes têm sido tradicionalmente usadas. Agora que micro-ondas são comumente encontradas no laboratório, eles podem ser usados para ferver rapidamente soluções aquosas também.

Agora vamos dar uma olhada em algumas das razões que você pode querer aquecer as coisas no laboratório.

A fixação de calor é uma maneira simples e rápida de fixar certas amostras biológicas, como células bacterianas ou biomacromolecules, a um deslizamento de vidro antes de coloração. Aqui você pode ver alguns spreads cromossômicos que foram possíveis através da fixação de calor.

Agitação aquecida da solução líquida na qual você está tentando dissolver um reagente sólido pode ajudar a acelerar o processo, como o ágar em pó que está sendo dissolvido aqui.

Muitos experimentos com células vivas requerem pelo menos um período de incubação. A incubadora Incucyte permite imagens em tempo real do crescimento celular, sem a perturbação das células que podem ocorrer quando os recipientes de cultura são removidos da incubadora.

Imagens de células vivas também podem ser realizadas com microscópios de desktop. Aqui as células são mantidas em uma incubadora de imagens enquanto sua atividade antes e em resposta à adição de um estímulo experimental está sendo vista e registrada para análise posterior.

Você acabou de assistir a introdução do JoVE para regular temperaturas de laboratório a 23°C ou acima.

Neste vídeo revisamos: alguns dos equipamentos de laboratório mais comuns para células de aquecimento, animais e soluções, como decidir qual equipamento usar para aquecer células ou soluções, e algumas razões diferentes a temperatura pode precisar ser regulada durante um experimento. Obrigado por assistir e lembre-se de lidar com seu termômetro com cuidado!

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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