Wissenschaft und Kunst des Ziehens von Mikropipetten

Das Ziehen von Kapillarglas zu Mikropipetten oder Mikroelektroden ist sowohl eine Wissenschaft als auch eine Kunst. Man muss nicht nur die Umgebungsfaktoren und die Physik, die jeden Ziehvorgang beeinflussen, verstehen, sondern auch wissen, wie man das Programm anpasst, um Spitzen mit gleichbleibender Form und Größe zu ziehen. Glas-Mikropipetten oder Mikroelektroden werden in der intrazellulären Aufzeichnung, Patch-Clamp, Mikroperfusion und Mikroinjektion verwendet. Schauen wir uns einige Faktoren an, die das Ziehen von Glas beeinflussen können, und wie man ein Programm anpasst, um die Mikropipetten zu erhalten, die Sie für Ihre Anwendung benötigen.

Ziehgeräte wie das Einstiegsmodell PUL-1000 von WPI (ein mikroprozessorgesteuertes, vierstufiges, horizontales Ziehgerät) sind mit engen mechanischen Spezifikationen und präziser Elektronik für vollständige Kontrolle des Ziehvorgangs und genaue Reproduzierbarkeit konzipiert. Der PUL-1000 bietet, wie viele andere Ziehgeräte auf dem Markt, programmierbare Sequenzen mit bis zu vier Schritten mit Hitzeindexierung, Kraft (g), Bewegung und Abkühlzeit. Dies ermöglicht abgestufte Zyklen für verschiedene Anwendungen.

Arten von Hitze, die einen Ziehvorgang beeinflussen

Der Glastransition ist die allmähliche und reversible Umwandlung von einem harten und relativ spröden festen Zustand in einen weichen und viskosen Zustand mit steigender Temperatur. Um Glas mit einem Ziehgerät in bestimmte Formen zu bringen, wird Hitze durch einen Glühfaden zugeführt. Es gibt drei Methoden, um Wärme von einem Glühfaden auf ein Glas-Kapillarrohr zu übertragen:

• Strahlung
• Direkte Wärmeleitung in Festkörpern
• Konvektion von Luft

Der Glühfaden wird erhitzt, wenn Strom durch ihn fließt. Die vom Glühfaden auf das Glas abstrahlende Wärme ist die primäre Wärmequelle, die den Glastransition beeinflusst, und der Abstand zwischen der Glasoberfläche und der Oberfläche des Glühfadens bestimmt die Menge der übertragenen Wärme. Deshalb ist es wichtig, dass das Glas genau in der Mitte des Glühfadens platziert wird. Alle Glasflächen sollten gleichmäßig erhitzt werden.

Die Strahlungswärme ist jedoch nicht die einzige Wärmequelle in einem Ziehgerät. Der Glühfadenhalter, der den Glühfaden hält, wird ebenfalls erhitzt, wenn sich der Glühfaden erwärmt. Die Wärme von der Oberfläche des Glühfadens wird an die Halterungen weitergeleitet. Während die Temperatur des Glühfadens relativ konstant bleiben kann, steigt mit fortgesetztem Gebrauch des Ziehgeräts die Temperatur der Halterungen, was die Ergebnisse eines Ziehvorgangs beeinflussen kann. Um die Wärmeentwicklung sowohl im Glühfaden als auch in den Halterungen zu reduzieren, sollte zwischen den Ziehvorgängen Zeit gelassen werden, damit die kühlere Umgebungsluft den Glühfaden und die Halterungen abkühlen kann.

Schließlich beeinflusst die Konvektion der Luft in der Umgebung (sowohl innerhalb als auch außerhalb der Abdeckkammer) die Wärmeübertragung vom Glühfaden auf das Glas. Daher wirken sich Raumtemperatur und Luftfeuchtigkeit auf den Glastransition aus. Wenn die Raumtemperatur kühler oder wärmer ist, können sich die resultierenden Mikropipetten unterscheiden, selbst wenn dasselbe Ziehprogramm verwendet wird.

Veränderung des Platin/Iridium-Heizfadens im Laufe der Zeit

Der Glühfaden besteht aus einer Platin/Iridium-Legierung. Obwohl Platin/Iridium eine der inertesten Substanzen unter den Heizmaterialien ist, wird es dennoch langsam durch den Sauerstoff aus der Luft oxidiert. Die Masse der Platin/Iridium-Legierung nimmt mit der Nutzung des Ziehgeräts ab und der Faden wird schließlich durchbrennen. Während er sich langsam im Laufe der Zeit verschlechtert, ändert sich die Temperatur des Glühfadens im Betrieb.

Glasart beeinflusst den Ziehvorgang

Verschiedene Glas-Kapillaren mit unterschiedlichen Außendurchmessern (AD) variieren in ihren Glasweichpunkten (Schmelztemperaturen). Unterschiede in den Glasbestandteilen verschiedener Kapillarprodukte führen zu Variationen der Weichpunkte. Es kann sogar Unterschiede in den Weichpunkten desselben Kapillarprodukts aus verschiedenen Chargen geben. Dies ist bei jeder standardmäßigen Fertigungstoleranz zu erwarten.

Wie man eine programmierte Ziehsequenz feinjustiert

Einige unserer Glas-Kapillar-Ziehsequenzen und Ergebnisse sind im PUL-1000 Kochbuch dargestellt. Möglicherweise müssen Sie die Parameter der Ziehsequenz basierend auf dem verwendeten Kapillarprodukt und unter Berücksichtigung der Laborumgebungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit feinjustieren.

Als Faustregel können die Parameter (Hitze, Kraft, Abstand und Verzögerung) verändert werden, um gewünschte Formen und Abmessungen der vorgezogenen Pipetten zu erreichen. Die folgende Tabelle zeigt grundlegende Richtlinien für die Einrichtung einer Sequenz. Sie können sehen, wie eine Erhöhung oder Verringerung des Parameters die Form und Größe der vorgezogenen Pipetten beeinflusst.

HINWEIS: Um eine größere AD-Spitze zu erzeugen, reduzieren Sie die Spitze vorsichtig und schrittweise, wobei Sie Größe und Integrität überprüfen. Verwenden Sie eine Rückbruchtechnik mit Klingen oder Pinzetten oder ziehen Sie die Spitze über ein Kimwipe. Ein zweiter Prozess wie Abschrägen oder Feuerpolieren kann ebenfalls erforderlich sein. Aggressives Kürzen kann zu einer unerwünscht großen AD führen.

Kunst des Glasziehens

Indem Sie Ihr eigenes Glas ziehen, können Sie Ihre Mikropipetten und Mikroelektroden individuell anpassen, um genau das zu erhalten, was Sie benötigen. Das Ziehen von Mikropipettenglas ist sowohl eine wissenschaftliche Technik als auch eine Kunstform, da eine präzise Steuerung erforderlich ist, um hochspezifische und empfindliche Instrumente herzustellen, die in Bereichen wie Neurowissenschaften, Zellbiologie und Elektrophysiologie verwendet werden. Hinter jedem erfolgreichen Ziehvorgang steht ein fundiertes Verständnis der Materialeigenschaften, der Erwärmung und der Mechanik, das sicherstellt, dass die Mikropipetten spezifische technische Anforderungen für Experimente erfüllen. Die Kunst liegt in der geschickten Anpassung des Mikropipettenziehers und der Fähigkeit, Pipetten zu erzeugen, die nicht nur technische Spezifikationen erfüllen, sondern auch optimal für hochspezialisierte und empfindliche Aufgaben funktionieren. Das Gleichgewicht von beidem stellt sicher, dass die hergestellten Mikropipetten funktional, konsistent und für hochpräzise wissenschaftliche Arbeiten maßgeschneidert sind.

DETAILS ZUM PUL-1000 ANSEHEN