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Ungleichmäßige und langsame Verdunstung

Wenn’s mal wieder länger dauert: Evaporation aus Mikrotiterplatten

| Autor/ Redakteur: Induka Abeysena* / Dr. Ilka Ottleben

Kennen Sie das? Das Lösemittel will und will nicht vollständig aus der Mikrotiterplatte verdampfen. Das Phänomen ist kein seltenes: Trotz Vakuum-Zentrifugalverdampfer dauert der Prozess ungewöhnlich lange oder ist ungleichmäßig, d.h. in jedem Well anders. Könnte eine Kontamination der Platten schuld sein?

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Abb. 1: Ungleichmäßige oder sehr lange Trockenzeiten sind bei Polypropylen-Mikrotiterplatten ein immer wieder auftretendes Problem.
Abb. 1: Ungleichmäßige oder sehr lange Trockenzeiten sind bei Polypropylen-Mikrotiterplatten ein immer wieder auftretendes Problem.
(Bild: ©kazoo80 - stock.adobe.com)

Ob in Laboratorien für Arzneimittelforschung oder den Life Sciences: Immer wieder berichten Anwender von ungleichmäßigen und sehr langen Trockenzeiten bei Polypropylen-Mikrotiterplatten, wenn diese in Vakuum-Zentrifugalverdampfern getrocknet werden. Als mögliche Gründe kommen eine defekte Einheit, Anwenderfehler oder aber eine Kontamination der Mikrotiterplatte in Frage. Um herauszufinden, inwiefern sich speziell der zuletzt genannte Aspekt auf den Siedepunkt von Proben und somit deren Trockenzeiten auswirken könnte, wurde versucht, sich diesem Phänomen experimentell zu nähern.

Ist eine Kontamination der Mikrotiterplatte schuld?

Zu diesem Zweck wurden mehrere Experimente mit handelsüblichen 24-Well-Mikrotiterplatten durchgeführt, die von zwei Herstellern (im Folgenden „M1“ und „M2“ genannt) stammen. Bei jedem Experiment wurden mehrere Mikrotiterplatten zufällig „per Los“ ausgewählt, um eine repräsentative Stichprobe zu gewährleisten. Jedes Well wurde mit 6 ml Reinwasser gefüllt und – wo anwendbar – mittels Wärmeübertragungsplatten bei einem Druck von 8 mbar mit einem Zentrifugalverdampfer des Modells Genevac EZ-2 getrocknet. Mehrere Wells an verschiedenen Stellen der Platten wurden mit Thermoelementsonden versehen, um den Siedepunkt des Wassers zu messen. Erwartet wurde bei einem Druck von 8 mbar ein Sieden des unkontaminierten Wassers bei 4 °C.

Mikrotiterplatten im Test: Ergebnisse und Erörterung

Die Mikrotiterplatten von Hersteller M2 (s. Abb. 2) trockneten wie erwartet und wiesen keine Unregelmäßigkeiten auf. Die Siedetemperatur des Wassers lag in diesem Experiment bei einem Umgebungsdruck von 8 mbar konstant bei ca. 4 °C, bis das gesamte Wasser verdampft war.

Unter vergleichbaren experimentellen Bedingungen wiesen die Mikrotiterplatten des Herstellers M1 jedoch ein überraschendes Trocknungsverhalten auf. In Abbildung 4 ist zu sehen, wie viel Wasser am Ende des Trocknungslaufs in jedem Well zurückblieb, und Abbildung 3 zeigt Siedetemperatur und Druckentwicklung in Abhängigkeit von der Zeit.

Das ungleichmäßige Trocknungsverhalten der Mikrotiterplatten von Hersteller M1 kann unter Umständen auf einen Kontaminationsfilm auf der Wasseroberfläche zurückzuführen sein, der die Verdampfung verlangsamt. In Abbildung 3 ist die Fluktuation der Probentemperatur bei einem Druck von 8 mbar zu sehen. Diese ungleichmäßigen Ergebnisse weisen darauf hin, dass es sich bei der verdampften Probe nicht um Reinwasser handelt und dass es durch die Bildung eines Films aufgrund einer Kontamination der Mikrotiterplatten von Hersteller M1 zu einer verlangsamten Verdampfung und somit höheren Probentemperaturen kam.

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Zur weiteren Untersuchung der Bildung des Kontaminationsfilms wurden neue Mikrotiterplatten des Herstellers M1 vor ihrem Einsatz zunächst mit Azeton gereinigt. Diese „gereinigten“ Platten wurden dann mit Wasser gefüllt und unter den gleichen experimentellen Voraussetzungen wie zuvor einem Verdampfungsverfahren unterzogen. Die (hier nicht gezeigten) Ergebnisse waren nahezu mit denjenigen identisch, die die kontaminationsfreien M2-Mikrotiterplatten aufzeigten.

Aus dem Vergleich der Abbildungen 5 (absichtlich hervorgerufene Kontamination) und 4 (echte Kontamination) geht hervor, dass sich die Ergebnisprofile der beiden Experimente ähneln. Bei künstlich hervorgerufener Kontamination kam es zu ähnlichen Messergebnissen wie bei den kontaminierten und nicht gereinigten Platten, sodass diese während des Trocknungsvorgangs erhöhte Lösungsmitteltemperaturen aufwiesen und in einigen Wells der Mikrotiterplatten Flüssigkeit zurückblieb. Die Auswirkungen der künstlich hervorgerufenen Kontamination sind dabei jedoch eindeutig sehr viel schwerwiegender als diejenigen der kontaminierten Mikrotiterplatten von Hersteller M1. Die wahrscheinlichste Erklärung hierfür ist, dass die natürlich vorkommenden Kontaminationsstoffe in einer geringeren Konzentration vorlagen als die absichtlich hinzugefügten Verunreinigungen.

Fazit

Anhand der Beurteilung der vorliegenden Ergebnisse kann es als wahrscheinlich angenommen werden, dass die Mikrotiterplatten des Herstellers M1 mit einem Stoff kontaminiert waren. Dieser Stoff bildet auf der Wasseroberfläche der Probe einen Film, der das Well wie eine Art Kappe verschließt und somit die Verdampfung verhindert beziehungsweise verlangsamt. Dieses Phänomen der Filmbildung, hervorgerufen durch Kontamination, erklärt, warum bei einigen Mikrotiterplatten ungleichmäßige und ungewöhnlich lange Verdampfungsdauern auftreten.

Ergänzendes zum Thema
LP-Info zur eingesetzten Zentrifugalverdampfer-Serie

Die EZ-2-Serie ist die dritte Generation dieser Zentri­fugalverdampfer-Serie von Genevac. Die Geräte eignen sich sowohl zur vollständigen Probentrocknung als auch zur Probenkonzentration in unterschiedlichen Anwendungsbereichen. Es stehen vier verschiedene Modelle zur Verfügung: Der Standard (EZ-2) ist für Wasser und flüchtige Lösungsmittel geeignet. Der EZ-2 Envi wird vom Unternehmen zur Konzentration von flüchtigen Lösungsmitteln, der EZ-2 Plus für Lösungsmittel mit Siedepunkten bis 165 °C und der EZ-2 Elite für Lösungsmittel mit Siedepunkten bis 220 °C empfohlen.

Ziel dieser Untersuchung war es zwar nicht, den kontaminierenden Stoff zu identifizieren. Aus der Prüfung der Informationen zu den Herstellungsprozessen für Mikrotiterplatten lässt sich jedoch schließen, dass es sich beim kontaminierenden Stoff höchstwahrscheinlich um einen Weichmacher, ein Formtrennmittel oder ein Antistatikmittel handelt.

Bei Auftreten eines solchen Phänomens ist es daher empfehlenswert zunächst einige Probeläufe mit bekannten, reinen Lösungsmitteln durchzuführen. Sollten die Trocknungsdauern hierbei deutlich länger als erwartet ausfallen, sollten die Platten vor der Nutzung gereinigt werden. Eine Reinigung mit Azeton ist zwar nicht immer wirksam, hat sich jedoch in vielen Fällen als hilfreich erwiesen. Sollte eine Reinigung langen Trocknungsdauern entgegenwirken, ist höchstwahrscheinlich eine Kontamination der Platten die Ursache, und die Platten sollten im Zweifelsfall künftig von einem anderen Hersteller bezogen werden.

* I. Abeysena: Genevac Ltd, IP1 5AP Ipswich/UK

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