Jak vybrat orbitální pohyb třepačky

Co je to orbitální pohyb?

Orbitální pohyb třepačky je průměr kruhového pohybu použitého pro třepací desku. Někdy je nazýván zkráceně „orbit“ nebo také „amplituda“, v angličtině stejnou zkratkou nebo „shaker throw“, označován znaménkem Ø.
Standardně je předními výrobci třepaček nabízen 25 mm nebo 50 mm, alternativně také 3 mm pro mikrotitrační třepání.

Pokud potřebujete obě varianty orbitálního pohybu, nebo jen plánujete aplikace, které se v potřebě liší, neváhejte si prohlédnout třepačky Minitron, Multitron Standard a Multitron Pro. Všechny umožňují spojení více jednotek dohromady a mít tak v jednom místě třepačku s 25 mm i 50 mm orbitem. 

Multitron Pro navíc nabízí i Dynamic Counterweight, tedy zajímavou možnost přepnutí orbitálního pohybu mezi 50, 25 a 12,5 mm.

Co je to „Oxygen Transfer Rate“?

Oxygen Transfer Rate, zkráceně „OTR“, česky lze přeložit jako „poměr přenosu kyslíku“, je parametr popisující efektivitu přenosu kyslíku z plynné do kapalné fáze. Čím vyšší se podaří získat hodnotu OTR, tím větší je efektivita celého procesu.

Působení orbitu a rychlosti

Oba faktory ovlivňují míchání kapaliny v baňce. Zvýší-li se rychlost třepání, zvýší se i hodnota OTR. Výběr ideálního orbitu tak s sebou přinese i maximální nárůst buněk.

Obecně je možné používat orbitální pohyb 25 mm pro každou aplikaci, což znamená, že výběr třepačky s orbitem 25 mm není nikdy špatné rozhodnutí, jelikož ji lze použít pro všechny účely.
Z tohoto důvodu je také drtivá většina třepaček objednávána právě s tímto orbitálním pohybem. V některých případech je však kultivace omezena vztahem přenos kyslíku / citlivost buněk a tehdy MŮŽE být dosaženo lepších výsledků vybráním orbitálního pohybu dle typu kultury.

Bakterie, kvasinky a houby

Orbit třepačky by měl být v souladu s velikostí použitých baněk, tedy pro Erlenmayerovy baňky s větším objemem je výhodnější vybrat i větší orbitální pohyb.

• 25 mm orbit: vhodný pro baňky od 25 ml do 2000 ml,
• 50 mm orbit: vhodný pro baňky od 2 do 5 litrů.

Pro dosažení vyšší hodnoty OTR je doporučeno třepat při rychlosti 200 a výše otáček za minutu (RPM). Baňky musí být velmi pevně uchyceny. Budou-li se v klemech pohybovat, OTR se bude výrazně snižovat. Tento možný problém lze eliminovat používáním adhezivní pásky Sticky Stuff, namísto kovových klem.

Tkáňové kultury

Pro tzv. „cell kultivace“ je vždy dobré vybírat třepačku s orbitálním pohybem 50 mm, a to hned ze dvou důvodů:

• je nezbytně nutné zachovat maximální přenos kyslíku, a to při co nejnižší rychlosti třepání (= malé střižné síly působící na buňky),
• zpravidla se používají baňky s větším průměrem (Fernbachovy baňky), které vyžadují větší orbitální pohyb.

Mikrotitrační a deep-well destičky

Zde existují dvě možnosti jak získat maximální OTR a obě vedou ke stejnému výsledku:

• použitím orbitu 50 mm při rychlosti třepání 250 RPM a vyšší,
• použitím orbitu 3 mm při rychlostech 800 až 1000 RPM.

Použitím inkubované třepačky s orbitem 25 mm při rychlost např. 200 RPM lze dosáhnout poměrně dobrého růstu buněk, avšak výnos biomasy bude pravděpodobně nižší.

Při výběru orbitálního pohybu nezapomeňte na následující:

Limitní faktory

V mnoha případech nebude výběr, byť správného, orbitálního pohybu dostačující, protože nárůst buněk závisí na více faktorech. Např. nejsou-li 2 z 10 faktorů ideální, nárůst bude limitován právě těmito faktory a to bez ohledu na to, jak dobrých je zbylých 8 faktorů. Toto lze přirovnat k řetězu, který je právě tak silný jako jeho nejslabší článek. Bude-li srovnáván výsledek kultivace na různých orbitálních pohybech, bude rozdílný pouze v případě, že přenos kyslíku je jediným faktorem ovlivňujícím nárůst buněk. Je-li např. vyčerpán zdroj uhlíku, buňky nedosáhnou vyšší hustoty bez ohledu na fakt kolik kyslíku mají k dispozici.

Přenos kyslíku vs. rychlost třepání

Vliv orbitálního pohybu na OTR je vždy propojen s rychlostí třepání. Je-li rychlost třepání malá (např. 100 RPM), budou rozdíly na různých orbitech minimální. Prvním krokem pro zajištění maximálního přenosu kyslíku je nastavit třepačku na nejvyšší možnou rychlost třepání, avšak třepací deska musí být pro tento test patřičně vyvážena. Ne všechny kultury budou růst správně. Některé buňky mohou zabít tržné síly při vysokých otáčkách.

Vliv ostatních faktorů na OTR

Dalšími faktory, které mají vliv na přenos kyslíku jsou:

• úroveň plnění baněk. Erlenmayerovy baňky se zpravidla plní do maximálně 1/3 jejich celkového objemu. Pro dosažení maximálního přenosu kyslíku by však baňky neměly být naplněny z více než 10 % celkového objemu. Nikdy nemá smysl plnit baňky na 50 % a více,
• zarážky (angl. baffles). Doposud není zřejmé, zda-li jsou výhodou, či nikoliv. Někteří uživatelé tvrdí, že ano, jiní zase ne. Patrně záleží na pracovních podmínkách.

Souvislost mezi orbitálním pohybem a rychlostí třepání

OTR a orbitální pohyb mají lineární závislost

Přejde-li se z orbitálního pohybu 25 mm na orbit 50 mm při zachování stejné rychlosti třepání, OTR se zvýší o faktor 2.
Příklad: Třepeme-li kultury na orbitálním pohybu 50 mm při rychlosti 200 RPM a chceme dosáhnout stejného OTR na 25 mm orbitálním pohybu, musíme nastavit otáčky na 400 RPM.

OTR a rychlost třepání mají kvadratickou závislost

Zdvojnásobí-li se rychlost třepání při stejném orbitu, zvýší se OTR na faktor 4. Ztrojnásobí-li se rychlost třepání, pak faktor OTR bude 9. Je nutné však pamatovat, že jde o teoretické srovnání. V praxi mohou mít na kultivaci vliv i další faktory.