Scienza e arte della realizzazione di micropipette

La trazione del vetro capillare per ottenere micropipette o microelettrodi è una scienza e un’arte. Non solo è necessario comprendere i fattori ambientali e i principi fisici che influenzano ogni trazione, ma anche sapere come modificare il programma per ottenere punte di forma e dimensioni uniformi. Le micropipette o i microelettrodi di vetro vengono utilizzati per registrazioni intracellulari, patch clamp, microperfusione e microiniezione. Vediamo alcuni fattori che possono influenzare la trazione del vetro e come regolare un programma per ottenere le micropipette necessarie alla propria applicazione.

Gli estrattori come il PUL-1000 di WPI, un modello di fascia d’ingresso per la ricerca (estrattore orizzontale a quattro stadi controllato da microprocessore), sono progettati con specifiche meccaniche rigorose ed elettronica di precisione per garantire il controllo completo del processo di trazione e risultati riproducibili con precisione. Come molti altri estrattori disponibili sul mercato, il PUL-1000 consente di programmare sequenze fino a quattro fasi, con indicizzazione del calore, forza (g), movimento e tempo di raffreddamento. Ciò permette di impostare cicli graduali per diverse applicazioni.

Tipi di calore che influenzano la trazione

La transizione vetrosa è la trasformazione graduale e reversibile di un materiale da uno stato solido, duro e relativamente fragile a uno stato morbido e viscoso, all’aumentare della temperatura. Per dare al vetro determinate forme con un estrattore, si applica calore tramite un filamento. Esistono tre metodi per trasferire il calore dal filamento al capillare di vetro:

• Irraggiamento
• Conduzione diretta nei solidi
• Convezione dell’aria

Il filamento si riscalda quando viene attraversato dalla corrente. Il calore irradiato dal filamento al vetro è la principale fonte di calore che influenza la transizione vetrosa del capillare; la quantità di calore trasferita dipende dalla distanza tra la superficie del vetro e quella del filamento. Per questo è importante assicurarsi che il vetro sia posizionato al centro del filamento. Tutte le superfici del vetro devono essere riscaldate uniformemente.

Tuttavia, il calore irradiato non è l’unica fonte di calore nell’estrattore. Anche il blocco che sostiene il filamento si riscalda mentre il filamento si scalda. Il calore dalla superficie del filamento viene condotto ai supporti. Sebbene la temperatura del filamento possa rimanere relativamente costante, con l’uso continuato dell’estrattore la temperatura dei supporti aumenta e può influire sui risultati della trazione. Per ridurre l’accumulo di calore nel filamento e nei suoi supporti, lasciare che l’aria ambiente più fredda li raffreddi tra una trazione e l’altra.

Infine, la convezione dell’aria nell’ambiente circostante (sia all’interno sia all’esterno della camera di copertura) influisce sul trasferimento di calore dal filamento al vetro. Pertanto, la temperatura e l’umidità della stanza influenzano la transizione vetrosa. Se la stanza è più fredda o più calda, le micropipette ottenute possono variare, anche usando lo stesso programma di trazione.

Effetti nel tempo delle variazioni del filamento riscaldante in platino/iridio

Il filamento è realizzato in una lega di platino/iridio. Sebbene questa lega sia una delle sostanze più inerti tra i materiali usati per il riscaldamento, viene comunque lentamente ossidata dall’ossigeno presente nell’aria. Con l’uso dell’estrattore, la massa della lega di platino/iridio diminuisce e, prima o poi, il filamento si brucia. Man mano che si deteriora, la temperatura del filamento durante l’uso cambia.

Il tipo di vetro influisce sulla trazione

I diversi capillari di vetro, con diametri esterni (OD) diversi, hanno punti di rammollimento (temperature di fusione) diversi. Le variazioni nella composizione dei diversi prodotti di capillari di vetro comportano differenze nei loro punti di rammollimento. Possono esserci differenze anche tra i punti di rammollimento di capillari dello stesso prodotto provenienti da lotti diversi. Ciò è normale per qualsiasi processo di produzione, soggetto a variazioni standard.

Come perfezionare una sequenza di trazione programmata

Nel ricettario del PUL-1000 sono riportate alcune sequenze di trazione per capillari di vetro e i relativi risultati. Potrebbe essere necessario apportare piccole modifiche ai parametri della sequenza in base al prodotto di capillare utilizzato e alle condizioni ambientali del laboratorio, come temperatura e umidità.

Come regola generale, è possibile modificare i parametri (Heat, Force, Distance e Delay) per ottenere la forma e le dimensioni desiderate delle pipette pre-trazionate. La tabella seguente fornisce indicazioni di base per impostare una sequenza. Mostra come l’aumento o la diminuzione di un parametro influisca sulla forma e sulle dimensioni delle pipette pre-trazionate.

NOTA: Per ottenere una punta con un OD maggiore, ridurre delicatamente la punta e in modo graduale, controllandone dimensioni e integrità. Utilizzare una tecnica di rottura controllata con lame o pinzette, oppure trascinare la punta su un Kimwipe. Potrebbe essere necessario anche un secondo processo, come la bisellatura o la lucidatura a fuoco. Un taglio troppo aggressivo può dare origine a un OD eccessivamente grande.

L’arte della trazione del vetro

Traendo personalmente il vetro, è possibile personalizzare le micropipette e i microelettrodi per ottenere esattamente ciò che serve. La trazione del vetro per micropipette è sia una tecnica scientifica sia una forma d’arte, poiché richiede un controllo preciso per creare strumenti estremamente specifici e delicati, utilizzati in campi come le neuroscienze, la biologia cellulare e l’elettrofisiologia. Alla base di ogni trazione riuscita c’è una corretta comprensione delle proprietà dei materiali, del riscaldamento e della meccanica, affinché le micropipette soddisfino requisiti tecnici specifici per gli esperimenti. L’arte sta nell’abilità di regolare l’estrattore di micropipette e nella capacità di creare pipette che non solo rispettino le specifiche tecniche, ma funzionino anche al meglio in attività altamente specializzate e delicate. Il giusto equilibrio tra questi aspetti garantisce micropipette funzionali, uniformi e adatte a lavori scientifici di alta precisione.

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