Beskrivning

Shaker Orbit – roterar i rymden runt proverna?

Orbitalskakare används i olika situationer vid odling av celler. Huvudsyftet är att förbättra luftningen av kulturen. I likhet med centrifuger har inställningarna stor inverkan på prestandan och slutligen på dina prover. Förutom skakhastigheten är skakarens omloppsbana en annan viktig påverkande faktor.

Bildkälla: Sakurra/shutterstock.com

Vad är skakbanan?
Jorden kretsar runt solen på ett genomsnittligt avstånd av 149,60 miljoner km och ett helt kretslopp tar 365,256 dagar [1]. På samma sätt som jorden kretsar runt solen rör sig skakplattformen i en orbital rörelse runt skakmaskinens centrala axel. Men till skillnad från jorden är skakapparaterna mer flexibla, eftersom de finns med olika skakbanor och justerbar rotationshastighet. Den diameter med vilken skakapparaten flyttar plattformen runt denna cirkel definieras som skakningsdiametern eller skakningsbanan. Vanliga skakdiametrar ligger mellan 19 och 50 mm.

Hur möjliggörs den orbitala rörelsen?
Orbitalskakare tillför energi för att skaka om vätskan i skakkärlen via roterande centrifugalkraft. Det måste säkerställas att en fullastad plattform kan skakas samtidigt 24/7. Vanliga konstruktioner av orbitalskakare använder antingen en centralt placerad excentrisk drivaxel till vilken plattformen är fäst eller ett system med flera axlar. Ett system med flera axlar, som t.ex. den trippelexcentriska drivenheten (fig. 1), ger en jämn rörelse i kombination med en hög axiell plattformsstabilitet för reproducerbara skakningar och tillförlitlig prestanda. För att kompensera för den centrifugalkraft som skapas av vätskemassan bör skakapparaten vara utrustad med en motvikt. En dåligt balanserad last kan inte bara leda till att skakapparaten “går på golvet” utan också till att skakapparaten slits ut mer med tiden. En justerbar motvikt är den mest flexibla och möjliggör justering vid obalanssituationer så att lasten kan köras med önskad hög hastighet även under hög lastmassa.

Labteamet_Shaker-Orbit-Revolving-in-Space-Around-the-Samples

Fig. 1: Ett system med flera axlar ger en reproducerbar skakning och tillförlitlig prestanda

Skakmaskinens omloppsbana och rotationshastighet – ett team med inflytande
Skakdiametrarna sträcker sig från 3 mm till 50 mm och hastigheten kan justeras beroende på applikation. Hastighet och omloppsbana står i relation till varandra. Men på vilket sätt?

Mycket små omloppsbanor, t.ex. 3 mm, kombineras vanligen med höga maxhastigheter och syftar till att blanda små provvolymer på kort tid. En laboratorieblandare har t.ex. en skakdiameter på 3 mm och kan i vissa modeller öka till 3.000 varv/min för snabb och effektiv blandning i små rör eller plattor (fig. 2).

Labteamet_Shaker-Orbit-Revolving-in-Space-Around-the-Samples-1

Fig. 2: Eppendorf ^{Thermomixer®} C med en skakbana på 3 mm och ett maxvarvtal på 3000 rpm* *beroende på smart block

Vanliga skakdiametrar för orbitalskakare med avsikt att odla celler i skakbehållare är 19, 25 eller 50 mm med flexibla inställda varvtalsområden mellan 25 och 500 rpm. Av dessa har de mindre orbitskakarna (19 och 25 mm) vanligtvis en maxhastighet på 400 eller 500 varv/min, medan de stora orbitskakarna på 50 mm har en maxhastighet på 300 varv/min. Kort sagt: Ju mindre orbital, desto högre kan det maximala varvtalet ställas in.
Syrgasöverföring i skakflaskor

Syreöverföringshastigheten i Erlenmeyerkolvar påverkas av skakapparaten (skakbana + omrörningshastighet) och av lasten (kärlets konstruktion, material + fyllnadsvolym). När en Erlenmeyerkolv skakas på en orbitalskakare skapar centrifugalkrafterna i samband med kolvens rotation en virvelrörelse och kastar upp vätskan på väggarna (fig. 3). En tunn vätskefilm bildas och avsätts på kolvens vägg och ersätts vid varje varv. Denna film är området för syretransporten in i vätskan. Den totala syreöverföringshastigheten beror på hur snabbt en ny vätskeyta bildas eller hur ofta vätskefilmen fylls på [2].

Labteamet_Shaker-Orbit-Revolving-in-Space-Around-the-Samples-2

Fig. 3: Fördelning och rörelse av vätska i en Erlenmeyerkolv på en orbitalskakare [2].

Generellt sett leder både högre hastigheter och större omloppsbanor till bättre luftning. Men leder en större omloppsbana och en högre hastighet alltid till en högre tillväxttakt? Inte i alla fall. Som nämnts ovan är det inte bara omloppsbana och hastighet, utan även kärlets form, vätsketyp och fyllnadsvolym som påverkar vätskefilmens formning och därmed luftningen. Dessutom måste man ta hänsyn till celltypens specifika egenskaper, t.ex. robusthet eller känslighet för skjuvspänning. En alltför hög hastighet kan inte alltid vara lämplig eftersom den kan skada skjuvkänsliga celler fysiskt.

Vilken bana ska man använda?
Som tumregel är 19 eller 25 mm fortfarande standardorbiter inom mikrobiologin och beskrivs också i protokoll för mikrobiologiska kolvar med stor volym [3]. I ett test med Erlenmeyerkolvar i olika storlekar upp till 1 liter observerades inga signifikanta skillnader i E. coli-tillväxthastighet och maximal celldensitet mellan 25 och 50 mm-banan, med undantag för under de lägsta omrörningshastigheterna på 100 rpm (fig. 4). Ökningen av omrörningshastigheten från 100 till 200 rpm ledde till en högre tillväxthastighet (fig. 4) och en högre syreöverföringshastighet (tabell 1). En ytterligare ökning av hastigheten till 300 rpm resulterade inte i en ökning av tillväxten med båda omloppsbanorna, även om en högre syreöverföringshastighet kunde detekteras (tabell 1).

Labteamet_Shaker-Orbit-Revolving-in-Space-Around-the-Samples-3

Fig. 4: Inverkan av omloppsbana och hastighet på tillväxten av E. coli. E. Coli skakades vid olika varvtal för 250 ml (data visas ej), 500 ml och 1 L kolvar med en fyllnadsvolym på 20 %. Data är genomsnittet av duplicerade experiment (intern testning, Eppendorf, 2017)

Vid samma omrörningshastighet visade sig OTR-värdena (oxygen transfer rate) för 50 mm orbit shaker vara något högre än 25 mm versionen, men skillnaderna var inte lika signifikanta jämfört med OTR-ökningar som orsakas av ökad omrörning.

Labteamet_Shaker-Orbit-Revolving-in-Space-Around-the-Samples-4

Tabell 1: OTR-mätningar i en skakmaskin med olika inställda hastigheter i en 25 vs. 50 mm orbitskakmaskin. Resultaten som visas var genomsnittet av duplicerade experiment (Intern testning, Eppendorf, 2017)

När ska man använda en 50 mm orbit? Eftersom en större diameter ökar luftningen kan den vara fördelaktig att använda när man arbetar med skjuvkänsliga mikroorganismer eller celler som kräver låg omrörningshastighet, t.ex. 150 rpm eller mindre, när man arbetar med stora volymkärl över 2 liter eller breda volymkärl som Fernbach-kolvar som skakas med låga hastigheter. För djupa välvda plattor med små volymer kan en 50 mm parad med höga hastigheter ≥ 300 rpm också vara fördelaktigt [4].

LEASING / HYRA / AVBETALNING

Vårt samarbete med Svea innebär att du snabbt och enkelt kan få ett förslag på finansiering som passar dina behov Finansiering upp till 100%. Du behöver inte binda ditt kapital. Läs mer om leasing och försäkring.

Investera nu i rätt utrustning för att säkerställa din konkurrenskraft, kapacitet och tillgång till viktig utrustning Fördela kostnaden över den tid som utrustningen används. Utrustningen som säkerhet för finansieringen.

Kontakta oss idag för ett förslag!