"Nanoliter-Pipetten"

Ob Filtrieren, Trocknen, Destillieren: Hier werden alle Vorgehensweisen erklärt.

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Seaborg
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"Nanoliter-Pipetten"

Beitrag von Seaborg »

Hallo Chemiker,

in der quantitativen Ultramikrochemie müssen Volumina von Nanoliter bis Mikroliter abgemessen und bewegt werden.
Das geschieht in der Regel durch Aufnahme der Flüssigkeit in Kapillarpipetten, die aus Glasröhrchen (überwiegend aus Schmelzpunktröhrchen) selbst gezogen werden. Aufnahme und Auswurf der Flüssigkeit geschehen zum Beispiel mithilfe von Hamilton-Spritzen (bis hinunter zu 10 µl Gesamtkapazität), deren Stempel wiederum durch eine Mikrometerschraube bewegt wird.
So lassen sich grundsätzlich Mengen auch im einstelligen Nanoliterbereich abmessen.
Ein großes Problem bleibt aber immer die Kapillarkraft, die dem Auswurf geringer Mengen einen erheblichen Widerstand entgegensetzt, beziehungsweise bereits ausgeworfene Flüssigkeitsmengen wieder in die Kapillare zurückziehen möchte.
Diesem typischen Problem entgegnet man zum einen durch eine ausreichende Benetzung aller beteiligten Glasflächen mit einem "repellant", zum anderen dadurch, daß das abzusetzende Volumen bereits vorher abgemessen wurde und dann als Ganzes aus der Pipette gedrückt werden kann.
Dazu wurden vom Autor Pipetten gebaut, die Volumina im ein- und zweistelligen Nanoliter-Bereich bewegen können.

Aus dünn ausgezogenen Kapillaren werden mittels eines Keramik-Schneiders Abschnitte von wenigen mm bis zu etwa 15 mm Länge abgetrennt.
a1.jpg
Stellvertretend wird das Volumen/Länge in einem Abschnitt nach Füllung mit einer farbigen Flüssigkeit) entweder mittels Messung unter dem Mikroskop (Okularmikrometer)
a5.jpg
oder durch Wägung auf 0,1 µg genau bestimmt.
a2b.jpg
Die anderen Abschnitte werden danach mithilfe eines speziellen Klebers in Schmelzpunktröhrchen luftdicht eingeklebt.
a3.jpg
a10.jpg
Ein kleiner Vorrat entsteht:
a11.jpg
Die Nanoliter-Pipette wird in einen Mikromanipulator eingebracht; ein dünner Schlauch mit Spritze erlaubt das Herausdrücken des Volumens in ein "capillary cone", das im Bild in einer Feuchtkammer untergebracht ist
a4.jpg
Die nachfolgenden Bilder zeigen den Vorgang der Aufnahme und der Abgabe von (hier) etwa 15 nl Flüssigkeit von einem Vorratscone in das Reaktionsgefäß (mit Blauverfärbung)
B1.jpg
B2.jpg
B3.jpg
B4.jpg
B5.jpg
Das Ganze findet in einer Feuchtkammer statt (hier aufgedeckt)
B6.jpg
Mithilfe ausreichender Oberflächenbehandlung mit repellent lassen sich Volumina im einstelligen Nanoliter-Bereich handlen.
B7.jpg
Glaskocher
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Re: "Nanoliter-Pipetten"

Beitrag von Glaskocher »

Unterhalb eines gewissen Volumens steigt der Aufwand zu seiner Handhabung umgekehrt prportional dazu. Während ein Tropfen noch leicht mittels Pipette zu manövrieren ist werden seine Bruchteile deutlich komplizierter.

Da ich mit Glas arbeite (nomen est omen) interessiert mich die Bauanleitung zu den "Cones". Ich vermute, daß da ein Rohr zu geschmolzen und über etwas längere Strecke kollabieren gelassen wird, bevor es ausgezogen und dann abgetrennt wird. Alternativ könnte ich mir vorstellen, das Ende eines Stabes im erhitzten Zustand mit einer Wolframnadel einzustechen und auf diese Vertziefung einen zweiten Stab zu schweißen. Das Ganze wird dann im Bereich der Luftblase lang gezogen und später geschnitten. Kelchgefäße, im Halblitermaßstab, werden gerne in Demonstrationsversuchen genutzt, weil sie schon bei kleinen Volumins (zehn Milliliter) eine brauchbare Füllhöhe haben und trotzdem noch viel Platz bieten, um Zusätze zuzugeben.

Bei den Nanoansätzen verbraucht man ja kaum Reagenzien, das Meiste wird vermutlich unbenutzt bleiben, weil man die Lösungen nicht in derart kleinem Maßstab ansetzen kann.
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Seaborg
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Re: "Nanoliter-Pipetten"

Beitrag von Seaborg »

Die Herstellung der microcones geschieht so, daß ich Kapillarröhrchen mit Durchmessern von 1-1,6 mm senkrecht an eine "microflame" halte und sie unter langsamen Drehungen etwas auf und ab bewege.
Dabei schmelzen Teile des Glases dann zum späteren Stielchen zusammen.
Einige Übung war dazu (für mich) vonnöten.
Microflame durch Abschrauben des Vorsatzes von einem handelsüblichen Brenner:
microflame1.jpg
microflame1.jpg (49.12 KiB) 4319 mal betrachtet
Das Ergebnis. Man kann im Idealfall jeweils 2 microcones gewinnen (durch Halbieren des Stielchens).
Agla4.jpg
Die Einspannung des microcones im Mikromanipulator:
agla8b.jpg
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lemmi
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Re: "Nanoliter-Pipetten"

Beitrag von lemmi »

Eine bewundernswerte Feinarbeit!
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Re: "Nanoliter-Pipetten"

Beitrag von Glaskocher »

OK, die Flamme ist ungefähr so wie die eines fast "ertrunkenen" Teelichtes. Da wird das Glasrogr also nur kollabieren gelassen, bis es dicht ist. Dann bleibt "nur" noch das Schneiden, um die überschüssigen Teile ab zu trennen. Mit einem Hartmetallschneider oder Ritzdiamanten anritzen und brechen sollte funktionieren.

Was sind denn typische Reaktionen, die man darin ausführt? Ich vermute mal zuerst die Reaktionen zum qualitativen Nachweis von Ionen. Oder gehen auch Synthesen von Salzen, die man isolieren möchte? Theoretisch "gehen" viele Reaktionen im wässrigen Medium. Nur die Filtration oder Extraktion von Produkten stelle ich mir schwierig vor.

In der Schlenktechnik (Arbeiten unter Schutzgas) filtriert man mit einer Filterkanüle. Das ist eine verlängerte Spritzenkanüle mit einem Filterpapier über den Anschlußkonus gebunden, die durch zwei Septen (Spendergefäß, Empfängergefäß) gesteckt ist. Der Druckunterschied wird über das Schutzgas aufgebaut. Je nach Niederschlag kommt man auf wenige Milligramm Filterrückstand herunter, verliert aber immer Einiges, was am/im Filter klebt und nicht ab geschabt werden kann.
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Seaborg
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Re: "Nanoliter-Pipetten"

Beitrag von Seaborg »

Das "fast ertrunkene Teelicht", als microflame für Arme, ist heiß genug, um die Herstellung der gestielten microcones (MC) zu einem Wettrennen zwischen einem guten Ergebnis und zwei gerösteten Fingerspitzen zu machen. :)
Ich habe aber einen tollen Glasbläser in Thüringen gefunden, der mir immer mal wieder einen Schub von den Dingern macht und ich vermute, seine Fingerkuppen bleiben dabei heil.
Die typischen Reaktionen, die in den MC durchgeführt werden, sind eigentlich alle die, die auch für die "große" Chemie typisch sind.
Lediglich Reaktionen, bei denen viel und schnell Gas entsteht, machen gelegentlich Probleme, weil es zu Schaumbildung mit Austritt aus dem MC kommen kann.
Die Reaktionsteilnehmer werden jeweils aus Vorratscones, die dicht neben den Reaktionsgefäßen stecken,mithilfe von Kapillarpipetten in das Reaktiongefäß eingebracht. Das Einbringen selbst führt meist schon zu einer ausreichenden Durchmischung. Selten muss ich mit einen fein ausgezogenen Glasstäbchen "rühren", das alles natürlich unter dem Stereomikroskop.
Ansonsten habe ich einen "buzzer", ebenfalls von einem Mitglied des Mikroskopieforums gebaut, den ich meist zur Durchmischung bei (Ultra-)Mikrotitrationen brauche.Er benutzt den "Brummer" eines Handys.
Lösl7.jpg
Titration1b.jpg
Filtern vermeide ich grundsätzlich. Alles wird (in den cones) zentrifugiert.
Lösl5.jpg
Überstände werden mit Kapillarpipetten abgehoben und weitergeführt.
Für das Erhitzen habe ich weitere Möglichkeiten, die ich noch gesondert vorstellen will.
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Re: "Nanoliter-Pipetten"

Beitrag von Glaskocher »

Man kann ja entweder zwei Röhrchen verwenden und sie mitten im Stiel verschmelzen und/oder die Operation bei horizontal gehaltenem Röhrchen durchführen. Dann ist genug Abstand zum heißen Bereich. Ich arbeite regelmäßig mit einem Wachsbrenner und bin mit den Fingern oft nur einen Zentimeter von der Flamme entfernt. Das wird zwar etwas warm, sengt aber nicht das Fell vom Knochen. Mit dem Brenner müßte ich solche Kapillaren und Cones auch aus Duran-Glas machen können. Die Kapillaren ziehe ich vermutlich lieber aus AR-Rohren an der Lötlampe.


Ich vermute mal, daß das Spülen solcher Nanopipetten recht mühsam ist. Da wird die Fertigung neuer Teile fast schneller gehen und zu saubereren Ergebnissen führen.
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Seaborg
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Re: "Nanoliter-Pipetten"

Beitrag von Seaborg »

Wenn man die Röhrchen im Waagerechten erhitzt, sackt die Mitte gleich durch.
Für einigermaßen gerade Stielchen führt an der senkrechten Methode m.E. kein Weg vorbei.
Die microcones spüle ich nur, wenn eine klare Lösung in ihnen verarbeitet wurde.
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mgritsch
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Re: "Nanoliter-Pipetten"

Beitrag von mgritsch »

Faszinierend :)
Das mit den MC kann ich mir mit etwas Übung noch gut vorstellen, aber wie schafft man die nl-Kapillaren?
Erfolgen alle Arbeiten mit dem Mikromanipulator oder hast du so ruhige Hände dass das auch freihändig geht?

Arbeit mit dem Mikromanipulator durfte ich schon mal bei der IV-Fertilisation erleben, schon faszinierend. Aber auch nicht ganz billig so ein Teil... :roll:

Wie bist du zu deiner Sammlung gekommen? Lottogewinn oder geduldig auf Schnäppchen gewartet? ;)
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Seaborg
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Re: "Nanoliter-Pipetten"

Beitrag von Seaborg »

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mgritsch hat geschrieben: Sonntag 9. Mai 2021, 23:54 Das mit den MC kann ich mir mit etwas Übung noch gut vorstellen, aber wie schafft man die nl-Kapillaren?
Erfolgen alle Arbeiten mit dem Mikromanipulator oder hast du so ruhige Hände dass das auch freihändig geht?
Die Herstellung der Nanoliterpipetten setzt wahrscheinlich voraus, daß man ziemlich kurzsichtig ist.
Der Kurzsichtige setzt die Brille ab und nähert sich so an, daß auch kleinste Gegenstände gut sichtbar werden.
Auf dem ersten Photo sieht man einen schrägen Lichteinfall. Ich habe zum Schneiden der haarfeinen Kapillaren (Schmelzpunktröhrchen lang ausgezogen) diese auf eine saubere große Glasplatte gelegt und eine Taschenlampe seitlich daneben. Sonst würde man die Kapillaren nach dem Schneiden nicht mehr finden.
Ich ziehe die Stücke dann vorsichtig bis zum Rand und nehme sie mit zwei Fingern auf. unter dem Stereomikroskop schiebe ich sie dann in ein Stück Schmelzp.röhrchen, bis sie von selbst liegen bleiben. Dann bringe ich immer noch unter dem Mikro einen winzigen Tropfen Kleber (von "Stampin up"/ fragt Eure Frauen!) an die Öffnung und dieser verschließt die dann durch Kapillarkräfte luftdicht. Trocknen lassen.
Die etwa 10 mm langen Kapillaren, deren Volumen durch Längenkorrekturen feststeht müssen nicht zentrisch liegen.
mgritsch hat geschrieben: Sonntag 9. Mai 2021, 23:54 Wie bist du zu deiner Sammlung gekommen? Lottogewinn oder geduldig auf Schnäppchen gewartet?
Viele wichtige Geräte wurden mir nach meinen Vorgaben von Leuten aus dem Mikroskopie-Forum (Lupus, OlafMed, reblaus, Wilfried und anderen) angefertigt. Das sind alles gestandene Wissenschaftler, haben aber Gerätschaften zu Hause, auf die ein Werkstattmeister stolz wäre!
Viele Dinge habe ich gekauft (z.B. Mikroskope, Hamilton-Spritzen und vieles mehr.)
Die beiden Cahn-Mikrowaagen habe ich bei Ebay und beim letzten Vertreter der (früheren) Fa. Cahn gekauft.
Beide sind tip-top, was bei den seither noch angebotenen sicher nicht zu erwarten ist.
Besonders stolz bin ich auf einen Mikromanipulator der Firma "Gamma Instruments N.Y.", der genau so bei Cunningham abgebildet ist.
So ist ein großes Equippement zusammengekommen und die Mikrochemie geht noch nicht komplett unter, solange ich noch "die Hufe auf dem Boden" habe! :lol: :lol:
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Re: "Nanoliter-Pipetten"

Beitrag von mgritsch »

Seaborg hat geschrieben: Montag 10. Mai 2021, 17:25 Die Herstellung der Nanoliterpipetten setzt wahrscheinlich voraus, daß man ziemlich kurzsichtig ist.
oder eine Lupenbrille benutzt? ;)
haarfeinen Kapillaren (Schmelzpunktröhrchen lang ausgezogen)
und genau das mit dem Ausziehen der Kapillaren kann ich mir noch nicht so ganz vorstellen... ohne dass sie dabei kollabieren oder fröhlich Locken machen... ?
Glaskocher
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Re: "Nanoliter-Pipetten"

Beitrag von Glaskocher »

Es erfordert sicher etwas Übung, die Röhrchen so früh auszuziehen, daß sie noch nicht kollabiert sind. Aber wenn sie es doch tun, dann macht man einen Cone daraus und hat den Rest verwertet. Ein Trick zum besseren Sehen der Abschnitte ist, daß man auf einem Spiegel arbeitet. Alles, was oben drauf liegt wird doppelt angezeigt und bei Änderungen im Blickwinkel bewegen sich die Teilbilder relativ zueinander.


--> Wenn man die Röhrchen im Waagerechten erhitzt, sackt die Mitte gleich durch. <--
Der Glasbläser dreht sein Werkstück regelmäßig, um einen "durchschnittlich schwerelosen Raum" zu schaffen und die Wärme von allen Seiten gleichmäßig wirken zu lassen. Das mußte ich, als ich mit der "Glas-Kokelei" anfing auch erst mal lernen. Danach ging mir es wohl zu tief in Fleisch und Blut über, daß ich es kaum noch erwähne. Ich muß mal mit einigen Pasteurpipetten testen, was ich zu Stande kriege. Vermutlich muß ich erst einige Teile "zerüben", um Zeigbares herzustellen. Aber Siedekapillaren sind ja ähnlich in der Herstellung.
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lemmi
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Re: "Nanoliter-Pipetten"

Beitrag von lemmi »

[EDIT by lemmi: verschoben]
"Alles sollte so einfach wie möglich gemacht werden. Aber nicht einfacher." (A. Einstein 1871 - 1955)

"Wer nur Chemie versteht, versteht auch die nicht recht!" (G.C. Lichtenberg, 1742 - 1799)

"Die gefährlichste Weltanschauung ist die Weltanschauung der Leute, die die Welt nie gesehen haben." (Alexander v. Humboldt, 1769 - 1859)
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