كيفية اختيار السعة الصحيحة لحاضنة اهتزازية؟
ما هي سعة اهتزاز الهزاز؟
سعة أحاضنة هزازةقطر المنصة في الحركة الدائرية، ويُسمى أحيانًا "قطر التذبذب" أو "قطر المسار"، ويرمز له بالرمز: Ø. توفر رادوبيو هزازات قياسية بسعات 3 مم، و25 مم، و26 مم، و50 مم. كما تتوفر هزازات مُخصصة بسعات أخرى.
ما هو معدل نقل الأكسجين (OTR)؟
معدل نقل الأكسجين (OTR) هو كفاءة نقل الأكسجين من الغلاف الجوي إلى السائل. كلما ارتفعت قيمة OTR، زادت كفاءة نقل الأكسجين.
تأثير السعة وسرعة الدوران
يؤثر هذان العاملان على مزج الوسط في قارورة الاستزراع. فكلما كان المزج أفضل، كان معدل نقل الأكسجين (OTR) أفضل. وباتباع هذه الإرشادات، يمكن اختيار السعة وسرعة الدوران الأنسب.
بشكل عام، يمكن استخدام اختيار سعة 25 مم أو 26 مم كسعة عالمية لجميع تطبيقات الاستزراع.
مزارع البكتيريا والخميرة والفطريات:
يُعدّ نقل الأكسجين في القوارير المخروطية أقل كفاءة بكثير منه في المفاعلات الحيوية. وقد يكون نقل الأكسجين العامل المحدد لزراعة القوارير المخروطية في معظم الحالات. وترتبط سعة الاهتزاز بحجم القوارير المخروطية: فالقوارير الأكبر حجماً تستخدم سعات اهتزاز أكبر.
التوصية: سعة 25 مم للقوارير المخروطية من 25 مل إلى 2000 مل.
سعة 50 مم للقوارير المخروطية من 2000 مل إلى 5000 مل.
زراعة الخلايا:
* تتطلب زراعة الخلايا الثديية كمية قليلة نسبياً من الأكسجين.
* بالنسبة لقوارير الخلط سعة 250 مل، يمكن توفير كمية كافية من الأكسجين على نطاق واسع نسبيًا من السعات والسرعات (سعة 20-50 مم؛ 100-300 دورة في الدقيقة).
* بالنسبة للقوارير ذات القطر الأكبر (قوارير فيرنباخ)، يوصى بسعة 50 مم.
* في حالة استخدام أكياس زراعة قابلة للاستخدام مرة واحدة، يوصى باستخدام سعة 50 مم.
صفائح المعايرة الدقيقة والصفائح ذات الآبار العميقة:
بالنسبة لألواح المعايرة الدقيقة وألواح الآبار العميقة، هناك طريقتان مختلفتان للحصول على أقصى قدر من نقل الأكسجين!
* سعة 50 مم بسرعة لا تقل عن 250 دورة في الدقيقة.
* استخدم سعة 3 مم عند 800-1000 دورة في الدقيقة.
في كثير من الحالات، حتى مع اختيار سعة معقولة، قد لا يؤدي ذلك إلى زيادة حجم المزرعة الحيوية، لأن الزيادة في الحجم تتأثر بعدة عوامل. على سبيل المثال، إذا لم يكن عامل أو عاملان من العوامل العشرة مثاليين، فستكون الزيادة في حجم المزرعة محدودة بغض النظر عن جودة العوامل الأخرى. أو يمكن القول إن الاختيار الصحيح للسعة سيؤدي إلى زيادة ملحوظة في الحاضنة إذا كان العامل المحدد الوحيد لحجم المزرعة هو توصيل الأكسجين. على سبيل المثال، إذا كان مصدر الكربون هو العامل المحدد، فلن يتم الوصول إلى حجم المزرعة المطلوب مهما كانت جودة نقل الأكسجين.
السعة وسرعة الدوران
يؤثر كل من سعة الاهتزاز وسرعة الدوران على نقل الأكسجين. عند زراعة الخلايا بسرعات دوران منخفضة جدًا (مثل 100 دورة في الدقيقة)، يكون لاختلافات سعة الاهتزاز تأثير ضئيل أو معدوم على نقل الأكسجين. ولتحقيق أعلى معدل لنقل الأكسجين، تتمثل الخطوة الأولى في زيادة سرعة الدوران قدر الإمكان، ما يضمن توازن الصينية بشكل مناسب. لا تستطيع جميع الخلايا النمو جيدًا مع التذبذبات عالية السرعة، وقد تموت بعض الخلايا الحساسة لقوى القص نتيجةً لسرعات الدوران العالية.
تأثيرات أخرى
هناك عوامل أخرى قد تؤثر على نقل الأكسجين:
يجب ألا تتجاوز نسبة ملء القوارير المخروطية ثلث حجمها الكلي. ولتحقيق أقصى قدر من نقل الأكسجين، يجب ألا تتجاوز نسبة الملء 10%. ولا يُنصح بملء القوارير بنسبة 50%.
* مُشتتات الأكسجين: تُعدّ مُشتتات الأكسجين فعّالة في تحسين نقل الأكسجين في جميع أنواع المزارع. يوصي بعض المصنّعين باستخدام قوارير "عالية الإنتاجية للغاية". تزيد مُشتتات الأكسجين الموجودة على هذه القوارير من احتكاك السائل، وقد لا يصل جهاز الخلط إلى السرعة القصوى المُحدّدة.
العلاقة بين السعة والسرعة
يمكن حساب قوة الطرد المركزي في جهاز الهزاز باستخدام المعادلة التالية
FC = دورة في الدقيقة2× السعة
هناك علاقة خطية بين قوة الطرد المركزي والسعة: إذا استخدمت سعة 25 مم إلى سعة 50 مم (بنفس السرعة)، فإن قوة الطرد المركزي تزداد بمعامل 2.
توجد علاقة تربيعية بين قوة الطرد المركزي وسرعة الدوران.
إذا زادت السرعة بمقدار الضعف (مع ثبات السعة)، فإن قوة الطرد المركزي تزداد بمقدار أربعة أضعاف. وإذا زادت السرعة بمقدار ثلاثة أضعاف، فإن قوة الطرد المركزي تزداد بمقدار تسعة أضعاف!
إذا استخدمت سعة اهتزاز 25 مم، فاحفظ العينة عند سرعة محددة. أما إذا أردت تحقيق نفس قوة الطرد المركزي بسعة اهتزاز 50 مم، فيجب حساب سرعة الدوران كجذر تربيعي لـ 1/2، لذا استخدم 70% من سرعة الدوران لتحقيق نفس ظروف الحضانة.
يرجى ملاحظة أن ما سبق هو مجرد طريقة نظرية لحساب قوة الطرد المركزي. توجد عوامل أخرى مؤثرة في التطبيقات العملية. تعطي هذه الطريقة قيماً تقريبية لأغراض التشغيل.
تاريخ النشر: 3 يناير 2024