Wie wählt man die richtige Shaker-Amplitude?
Was ist die Amplitude eines Shakers?
Die Amplitude eines Schwingers ist der Durchmesser der Palette bei kreisförmiger Bewegung, manchmal auch „Schwingungsdurchmesser“ oder „Bahndurchmesser“ genannt (Symbol: Ø). Radobio bietet Standard-Schwinger mit Amplituden von 3 mm, 25 mm, 26 mm und 50 mm an. Kundenspezifische Schwinger mit anderen Amplitudengrößen sind ebenfalls erhältlich.
Was ist die Sauerstofftransferrate (OTR)?
Die Sauerstoffübertragungsrate (OTR) gibt die Effizienz an, mit der Sauerstoff aus der Atmosphäre in die Flüssigkeit übertragen wird. Je höher der OTR-Wert, desto höher die Sauerstoffübertragungseffizienz.
Einfluss von Amplitude und Rotationsgeschwindigkeit
Beide Faktoren beeinflussen die Durchmischung des Mediums im Kulturkolben. Je besser die Durchmischung, desto besser die Sauerstofftransferrate (OTR). Anhand dieser Richtlinien können die optimale Amplitude und Rotationsgeschwindigkeit gewählt werden.
Im Allgemeinen kann die Auswahl einer Amplitude von 25 mm oder 26 mm als universelle Amplitude für alle Kulturanwendungen verwendet werden.
Bakterien-, Hefe- und Pilzkulturen:
Der Sauerstofftransfer in Schüttelkolben ist deutlich weniger effizient als in Bioreaktoren. In den meisten Fällen ist der Sauerstofftransfer der limitierende Faktor für Schüttelkolbenkulturen. Die Amplitude hängt von der Größe der Erlenmeyerkolben ab: Größere Kolben erfordern größere Amplituden.
Empfehlung: 25 mm Amplitude für Erlenmeyerkolben von 25 ml bis 2000 ml.
50 mm Amplitude für Erlenmeyerkolben von 2000 ml bis 5000 ml.
Zellkultur:
* Säugetierzellkulturen haben einen relativ geringen Sauerstoffbedarf.
* Bei 250-ml-Schüttelkolben kann über einen relativ großen Amplituden- und Geschwindigkeitsbereich (20–50 mm Amplitude; 100–300 U/min) eine ausreichende Sauerstoffzufuhr gewährleistet werden.
* Für Kolben mit größerem Durchmesser (Fernbachkolben) wird eine Amplitude von 50 mm empfohlen.
* Bei Verwendung von Einweg-Kulturbeuteln wird eine Amplitude von 50 mm empfohlen.
Mikrotiter- und Deep-Well-Platten:
Für Mikrotiter- und Deep-Well-Platten gibt es zwei verschiedene Methoden, um einen maximalen Sauerstofftransfer zu erreichen!
* 50 mm Amplitude bei einer Geschwindigkeit von mindestens 250 U/min.
* Verwenden Sie eine Amplitude von 3 mm bei 800–1000 U/min.
In vielen Fällen führt selbst eine sinnvolle Amplitudenwahl nicht zu einer Erhöhung des Biokulturvolumens, da die Volumenzunahme von mehreren Faktoren beeinflusst werden kann. Sind beispielsweise ein oder zwei der zehn Faktoren nicht optimal, wird die Volumenzunahme begrenzt, egal wie gut die anderen Faktoren sind. Oder man könnte argumentieren, dass die richtige Amplitudenwahl zu einer spürbaren Volumenzunahme im Inkubator führt, wenn der einzige limitierende Faktor für das Kulturvolumen die Sauerstoffzufuhr ist. Ist beispielsweise die Kohlenstoffquelle der limitierende Faktor, wird das gewünschte Kulturvolumen unabhängig von der Sauerstoffzufuhr nicht erreicht.
Amplitude und Rotationsgeschwindigkeit
Sowohl Amplitude als auch Rotationsgeschwindigkeit können den Sauerstofftransfer beeinflussen. Werden Zellkulturen bei sehr niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten (z. B. 100 U/min) gezüchtet, haben Amplitudenunterschiede kaum oder keinen spürbaren Einfluss auf den Sauerstofftransfer. Um einen möglichst hohen Sauerstofftransfer zu erreichen, muss zunächst die Rotationsgeschwindigkeit so weit wie möglich erhöht werden. Die Schale muss entsprechend der Geschwindigkeit ausbalanciert sein. Nicht alle Zellen wachsen bei hohen Geschwindigkeiten gut, und einige Zellen, die empfindlich auf Scherkräfte reagieren, können bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten absterben.
Andere Einflüsse
Andere Faktoren können den Sauerstofftransport beeinflussen:
* Füllvolumen: Erlenmeyerkolben sollten maximal zu einem Drittel des Gesamtvolumens gefüllt werden. Um eine maximale Sauerstoffübertragung zu erreichen, sollten Sie maximal 10 % des Volumens füllen. Füllen Sie niemals nur zu 50 %.
* Spoiler: Spoiler verbessern den Sauerstofftransport in allen Kulturen. Einige Hersteller empfehlen die Verwendung von „Ultra High Yield“-Flaschen. Die Spoiler dieser Flaschen erhöhen die Flüssigkeitsreibung, und der Schüttler erreicht möglicherweise nicht die maximal eingestellte Geschwindigkeit.
Zusammenhang zwischen Amplitude und Geschwindigkeit
Die Zentrifugalkraft in einem Schüttler kann mit der folgenden Gleichung berechnet werden
FC = U/min2× Amplitude
Zwischen Zentrifugalkraft und Amplitude besteht ein linearer Zusammenhang: Wenn Sie eine Amplitude von 25 mm auf eine Amplitude von 50 mm erhöhen (bei gleicher Geschwindigkeit), erhöht sich die Zentrifugalkraft um den Faktor 2.
Zwischen Zentrifugalkraft und Drehzahl besteht ein quadratischer Zusammenhang.
Bei einer Drehzahlerhöhung um den Faktor 2 (gleiche Amplitude) erhöht sich die Zentrifugalkraft um den Faktor 4. Bei einer Drehzahlerhöhung um den Faktor 3 erhöht sich die Zentrifugalkraft um den Faktor 9!
Bei einer Amplitude von 25 mm inkubieren Sie mit einer bestimmten Drehzahl. Um die gleiche Zentrifugalkraft bei einer Amplitude von 50 mm zu erreichen, muss die Drehzahl als Wurzel aus 1/2 berechnet werden. Um die gleichen Inkubationsbedingungen zu erreichen, sollten Sie also 70 % der Drehzahl verwenden.
Bitte beachten Sie, dass die oben genannte Berechnungsmethode nur eine theoretische Methode zur Berechnung der Zentrifugalkraft ist. In der Praxis gibt es weitere Einflussfaktoren. Diese Berechnungsmethode liefert Näherungswerte für den Betrieb.
Veröffentlichungszeit: 10. September 2023