Wie wählt man die richtige Amplitude für einen Schüttelinkubator?
Was ist die Amplitude eines Shakers?
Die Amplitude einesInkubatorschüttlerDer Durchmesser der kreisförmig bewegten Palette wird auch als „Schwingungsdurchmesser“ oder „Bahndurchmesser“ bezeichnet (Symbol: Ø). Radobio bietet Standard-Schwingmaschinen mit Amplituden von 3 mm, 25 mm, 26 mm und 50 mm an. Kundenspezifische Schwingmaschinen mit anderen Amplituden sind ebenfalls erhältlich.
Was ist die Sauerstofftransferrate (OTR)?
Die Sauerstofftransferrate (OTR) beschreibt die Effizienz des Sauerstofftransfers von der Atmosphäre in die Flüssigkeit. Je höher der OTR-Wert, desto höher ist die Effizienz des Sauerstofftransfers.
Einfluss von Amplitude und Rotationsgeschwindigkeit
Beide Faktoren beeinflussen die Durchmischung des Mediums im Kulturkolben. Je besser die Durchmischung, desto höher die Sauerstofftransferrate (OTR). Anhand dieser Richtlinien lassen sich die optimale Amplitude und Drehzahl auswählen.
Im Allgemeinen kann eine 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 dürfte der Sauerstofftransfer der limitierende Faktor für Schüttelkolbenkulturen sein. 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 Schüttelkolben mit einem Volumen von 250 ml kann eine ausreichende Sauerstoffzufuhr über einen relativ breiten Amplituden- und Geschwindigkeitsbereich (20-50 mm Amplitude; 100-300 U/min) gewährleistet werden.
* Für Kolben mit größerem Durchmesser (Fernbach-Kolben) wird eine Amplitude von 50 mm empfohlen.
* Bei Verwendung von Einweg-Kulturbeuteln wird eine Amplitude von 50 mm empfohlen.
Mikrotiterplatten und Tiefbrunnenplatten:
Für Mikrotiterplatten und Tiefbrunnenplatten gibt es zwei verschiedene Methoden, um einen maximalen Sauerstofftransfer zu erreichen!
* 50 mm Amplitude bei einer Drehzahl von mindestens 250 U/min.
* Verwenden Sie eine Amplitude von 3 mm bei 800-1000 U/min.
Selbst bei Wahl einer angemessenen Amplitude kann das Biokulturvolumen in vielen Fällen nicht erhöht werden, da die Volumenzunahme von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird. Sind beispielsweise ein oder zwei der zehn Faktoren nicht optimal, ist die Volumenzunahme begrenzt, unabhängig von den übrigen Faktoren. Umgekehrt lässt sich argumentieren, dass die korrekte Amplitudenwahl zu einer merklichen Volumenzunahme im Inkubator führt, wenn die Sauerstoffversorgung der einzige limitierende Faktor ist. Ist beispielsweise die Kohlenstoffquelle der limitierende Faktor, wird das gewünschte Kulturvolumen trotz optimaler Sauerstoffzufuhr nicht erreicht.
Amplitude und Rotationsgeschwindigkeit
Sowohl Amplitude als auch Rotationsgeschwindigkeit beeinflussen den Sauerstofftransfer. Werden Zellkulturen bei sehr niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten (z. B. 100 U/min) kultiviert, haben Amplitudenunterschiede kaum oder gar keinen merklichen Einfluss auf den Sauerstofftransfer. Um einen maximalen Sauerstofftransfer zu erzielen, sollte zunächst die Rotationsgeschwindigkeit so weit wie möglich erhöht werden; die Schale ist dann optimal auf die jeweilige Drehzahl abgestimmt. Nicht alle Zellen vertragen hohe Rotationsgeschwindigkeiten, und manche scherempfindliche Zellen können absterben.
Weitere Einflüsse
Weitere Faktoren können den Sauerstofftransfer beeinflussen:
Füllvolumen: Erlenmeyerkolben sollten maximal zu einem Drittel ihres Gesamtvolumens gefüllt werden. Um einen maximalen Sauerstoffaustausch zu erzielen, sollte der Füllstand auf maximal 10 % begrenzt werden. Niemals bis zu 50 % füllen.
* Spoiler: Spoiler verbessern den Sauerstoffaustausch in allen Kulturarten. Einige Hersteller empfehlen die Verwendung von „Ultra High Yield“-Kolben. Die Spoiler dieser Kolben erhöhen die Flüssigkeitsreibung, wodurch der Schüttler möglicherweise nicht die maximal eingestellte Drehzahl erreicht.
Korrelation zwischen Amplitude und Geschwindigkeit
Die Zentrifugalkraft in einem Schüttelapparat kann mithilfe der folgenden Gleichung berechnet werden.
FC = Drehzahl2× Amplitude
Zwischen Zentrifugalkraft und Amplitude besteht ein linearer Zusammenhang: Erhöht man die Amplitude von 25 mm auf 50 mm (bei gleicher Geschwindigkeit), so verdoppelt sich die Zentrifugalkraft.
Zwischen Zentrifugalkraft und Drehzahl besteht ein quadratisches Verhältnis.
Wird die Geschwindigkeit verdoppelt (bei gleicher Amplitude), vervierfacht sich die Zentrifugalkraft. Wird die Geschwindigkeit verdreifacht, verneunfacht sich die Zentrifugalkraft!
Bei einer Amplitude von 25 mm inkubieren Sie mit der vorgegebenen Drehzahl. Um bei einer Amplitude von 50 mm die gleiche Zentrifugalkraft zu erzielen, berechnet sich die Drehzahl wie die Quadratwurzel aus 1/2. Verwenden Sie daher 70 % der Drehzahl, um die gleichen Inkubationsbedingungen zu erreichen.
Bitte beachten Sie, dass es sich bei der obigen Berechnungsmethode lediglich um eine theoretische Methode zur Berechnung der Zentrifugalkraft handelt. In realen Anwendungen spielen weitere Einflussfaktoren eine Rolle. Diese Berechnungsmethode liefert daher nur Näherungswerte für den praktischen Einsatz.
Veröffentlichungsdatum: 03.01.2024