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Probenvorbereitung Ultra-Turrax: Zerkleinern von Proben in nur vier Schritten

Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Um Proben für die Analyse vorzubereiten, müssen sie oft zerkleinert und homogenisiert werden. Mit dem Ultra-Turrax und speziellen Einweggefäßen gelingt dies in nur vier Arbeitsschritten.

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Abb. 1 Der Ultra-Turrax von IKA ist für eine Vielzahl von Proben einsetzbar und garantiert eine schonende Probenzerkleinerung.
Abb. 1 Der Ultra-Turrax von IKA ist für eine Vielzahl von Proben einsetzbar und garantiert eine schonende Probenzerkleinerung.
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Probenvorbereitung macht bei einer durchschnittlichen chemischen Analyse einen Großteil des erforderlichen Zeitbedarfs aus. Aktuelle Studien gehen von bis zu 55 Prozent der Gesamt-analysezeit aus, die der Labormitarbeiter auf die fachgerechte Bearbeitung der Probe verwenden muss. Dieser Wert zeigt, wie viel Potenzial in der Methodenoptimierung und in neuen technischen Lösungen liegt. Neben Aufschluss und Extraktion ist das Zerkleinern von Proben eine sehr häufig eingesetzte Methode in der Probenvorbereitung. Zum Einsatz kommen hier die unterschiedlichsten Geräte wie Labormühlen, Mörser oder verschiedene andere Homogenisatoren.

IKA hat mit dem Ultra-Turrax Tube Drive (UTTD) ein universelles Einweg-Dispergiersystem entwickelt, um eine sichere, schnelle und qualitativ hochwertige Probenvorbereitung in den Bereichen Humanmedizin, Diagnostik, Biologie, Pathologie aber auch in der klassischen Chemie und der Kosmetikforschung zu gewährleisten. Der einfach zu handhabende Antrieb ist mit einer stufenlosen Drehzahlregelung zwischen 300 und 6000 Umdrehungen pro Minute ausgestattet. Dies gewährleistet ein großes Einsatzgebiet vom vorsichtigen Rühren bis zum kräftigen Zerkleinern der Proben. Seine digital angezeigten Zeitschaltfunktionen ermöglichen ein reproduzierbares und schnelles Arbeiten. Durch seinen Modulcharakter kann das Gerät im Bereich der Einzeluntersuchung sowie auch bei Reihenuntersuchungen eingesetzt werden.

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Die Einweg-Tubes des UTTDs sind nach dem Schließen des Deckels hermetisch abgedichtet. Der Anwender kann hier zwischen zwei verschiedenen Deckelvarianten wählen: Geschlossen oder mit einer durchstechbaren Membran. Diese ermöglicht es, die zerkleinerte Probe als Rückstellmuster für weitere Versuche zu verwenden, da nur ein Teil der Probe entnommen wird. Der Rest kann beispielsweise im Kühlschrank gelagert werden. Außerdem garantiert die Entnahme durch die Membran einen geringen direkten Kontakt mit der Probe. Dies ist gerade bei infektiösem oder toxischem Material von Vorteil.

Es wird zwischen drei verschiedenen Einweg-Tubes unterschieden:

  • Das ST-20 Mischgefäß (bestehend aus Tube, Rühreinheit und Deckel) ist zum Mischen, Rühren, für Extraktionen, zum Aufschlämmen von Bodenproben und für Auflöseversuche von Arzneimitteln geeignet.
  • Das DT-20 Dispergiergefäß (bestehend aus Tube, Dispergiereinheit und Deckel) eignet sich zum Dispergieren, Homogenisieren und Suspendieren von tierischen, humanen und pflanzlichen Proben im Metabolismus und der medizinischen Diagnostik.
  • Das BMT-20 G oder S (bestehend aus Tube, Rühreinheit, Glas- oder Edelstahlkugeln und Deckel) wird zur Trockenmahlung von trockenen und spröden Proben (Gips, Tabletten, Farbpigmenten), zum Zellaufschluss und zur Bearbeitung von Materialien in Flüssigkeiten verwendet.

Alle Tubes sind für Volumina von zwei bis 15 Milliliter Volumen ausgelegt. Für größere Probenmengen gibt es auch Varianten für bis zu 50 Milliliter. Neben den normalen Tubes bietet IKA auch gamma-sterilisierte Behälter an.

Trockenmahlen von spröden Proben

Um trockene oder spröde Proben für die Analyse vorzubereiten werden sie herkömmlicherweise mithilfe von Kugelmühlen zerkleinert. Danach werden sie in der gewünschten Lösung aufgelöst, um für die nachfolgende analytische Methode präpariert zu werden. Die Nachteile dieser Arbeitsweise liegen auf der Hand: Die Kugelmühle muss gereinigt werden, was einen hohen Zeitaufwand bedeutet. Daneben können Fehlanalysen durch Cross-Kontaminationen oder unzureichende Reinigung entstehen. Durch das Pulver kann der Anwender Staubpartikel einatmen, die für ihn ein Gesundheitsrisiko darstellen können. Hier eignet sich das Einwegkonzept des UTTD: Der Anwender füllt die Probe zusammen mit einem Lösungsmittel und den Edelstahlkügelchen in den Tube BMT-20 S, stellt die gewünschte Bearbeitungszeit ein und kann in dieser Zeit weitere Proben vorbereiten oder das bereits fertige Material analysieren. Die Vorteile dieser Vorgehensweise sind:

  • Zeit- und Kostenersparnis durch wegfallende Reinigung,
  • keine Cross-Kontamination sowie
  • ein erhöhter Schutz des Anwenders durch hermetisch verschließbare Einweg-Tubes.

Homogenisieren von Gewebe

Besonders bei Mikroorganismen aber auch allen anderen Zellen können kleine Volumina im Mörser mit Sand oder Al2O3 in einer Glasperlenmühle zerrieben werden. Auch Ultraschall kann zur Homgenisierung eingesetzt werden. Hierbei werden die Zellen durch ständiges Aneinanderstoßen zerstört. Diese herkömmlichen Methoden bringen diverse Nachteile mit sich. Durch den Einsatz von Mehrweggefäßen ist die Gefahr von Cross-Kontaminationen gegeben. Um dies zu vermeiden, ist eine aufwändige Reinigung nach jeder Probe nötig. Dies führt zwangsläufig zu einem erhöhten Zeitaufwand. Da die meisten Homogenisierungen in offenen Behältern stattfinden, ist der Labormitarbeiter bei der Arbeit mit infiziertem Gewebe der Gefahr der Ansteckung durch potenziell infektiöses Material ausgesetzt. Setzt man bei der Homogenisierung Ultraschall ein, können hohe Temperaturen an der Sonde auftreten, die die Zellen zerstören oder chemisch verändern können. Wird die Zerkleinerung mit mechanischen Geräten durchgeführt, so ist die Methode nicht validierbar, da Dauer und Grad der Homogenisierung abhängig vom Anwender sind. Außerdem verliert der Labormitarbeiter viel Zeit, da er bei jeder Probe selbst „Hand anlegen“ muss. Durch den Einsatz des UTTD werden diese Probleme minimiert: das Gewebe und die Dispergierlösung werden in den Dispergiertube (DT-20) gefüllt, nach kurzer Zeit (0,5 bis 5 Minuten, je nach Gewebe) ist die Probe homogenisiert. Der Einsatz der Einweg-Dispergiertubes bringt neben der Vermeidung von Cross-Kontaminationen auch einen Zeitgewinn, da die Reinigung des Systems entfällt. Der Anwender wird vor Aerosolen geschützt, da der Einweg- Tube hermetisch verschlossen ist. Durch die Bauart des UTTD entsteht keine Hitze, die die Probe zerstören könnte. Die Methode ist außerdem validierbar, da der Anwender nur noch die Zeit und Geschwindgkeit eingibt. Neben der Zeitersparnis durch die wegfallende Reinigung der Gefäße, hat der Anwender einen weiteren Zeitgewinn: die Homogenisierung muss nicht überwacht werden.

Fazit

Der UTTD zeichnet sich besonders durch die Möglichkeit des Dispergierens, Rührens und Mahlens mit nur einem Antrieb aus. Seine hermetisch verschlossenen Einweg-Tubes bieten Sicherheit für den Anwender. Außerdem gewährleisten sie durch den Wegfall der Reinigung ein hygienisch und sauberes Arbeiten sowie die Vermeidung von Cross-Kontaminationen und eine deutliche Zeitersparnis. map

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