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Einfrieren von Proben in Laborfläschchen aus Glas
Ein Beitrag unserer Partnerfirma infochroma ag.
Können Proben in den auf dem Markt verfügbaren Laborfläschchen aus Glas eingefroren werden?
Ja, vorausgesetzt, man beachtet gewisse Grundprinzipien.
Die Autosampler- und Lagervials der infochroma ag sind aus Borosilikatglas gefertigt. Borosilikatglas kann bis zur maximal möglichen Temperatur abgekühlt werden. Das verwendete Zubehör (Kappen, Septen) entscheidet jedoch über die maximal mögliche Minustemperatur.
Zylinderförmige Vials wie z.B. die Vµ-Vials der infochroma ag und Vials mit möglichst geringer Einschnürung sind besser geeignet als solche mit grosser Einschnürung am Flaschenhals. Neben der Geometrie der Produkte sind, wie bereits erwähnt, auch die Eigenschaften der verwendeten Zusatzkomponenten (z. B. Schraubverschlüsse) zu beachten; dies gilt insbesondere für die erfolgreiche Langzeitaufbewahrung der Proben bei tiefen Temperaturen -80 °C. Beim kurzfristigen Tiefkühlen der Proben (bis ca. - 4 °C) treten normalerweise keine Probleme auf.
Beim Abkühlen der Probe auf die Ausdehnung des Inhalts achten
In der Regel weist der Inhalt, in diesem Fall die Probe, einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, als das Borosilikatglas des verwendeten Laborfläschchens. Wegen dieser Volumenausdehnung sollten Vials nur bis zu ⅔, maximal ¾ des möglichen Volumens gefüllt werden. Sonst fehlt der Flüssigkeit der Platz, sich beim Abkühlen ausdehnen zu können. Füllt man bis zum maximalen Volumen, kann das Fläschchen durch den zunehmenden Druck im Innern des geschlossenen Vials bersten.
Weniger problematisch als wässrige sind organische Substanzen, da diese sich beim Abkühlen weniger stark ausdehnen.
Es ist auf jeden Fall ratsam, während des Abkühl-Prozesses die Ausdehnung des Inhaltes durch stufenartiges Abkühlen zu überwachen. Lassen Sie die Flaschen in Schräglage gefrieren (ca. 45°), dadurch vergrössert sich die Oberfläche.
Vials im Kunstoffrack oder in Lagerschachtel in den Gefrierer stellen
Zum Einfrieren und Auftauen empfiehlt es sich, die Laborfläschchen entweder in ein Kunststoffrack, eine Lagerschachtel aus Kunststoff oder die infochroma-Stulpschachteln aus Karton (Verpackung unserer Lager- und Septumvials) zu stellen.
Die Stulpschachtel sollte zum Auftauen auf ein Gitter oder eine wellige Unterlage gestellt werden, damit die Verpackung nicht durch das Kondenswasser, das beim Auftauen entsteht, aufgeweicht wird. Unsere Stulpschachteln halten drei bis vier Gefrier- und Auftauzyklen stand.
Stufenartiges und gleichmässiges Auftauen
Durch schockartiges Auftauen können Glasfläschchen zerbrechen. Es empfiehlt sich auch hier ein stufenartiges Auftauen.
Vials aus Borosilikatglas können zum Auftauen gefrorener Substanzen in ein Flüssigkeitsbad getaucht werden, wobei der Temperaturunterschied 100 °C nicht übersteigen darf. Beachten Sie dabei aber, dass mechanische Fehler an der Glasoberfläche, wie starke Kratzer, die thermische Temperaturwechselbeständigkeit wesentlich reduzieren können.
Stellen Sie die Glasfläschchen zum Auftauen weder an die Sonne oder in einen Ofen, noch auf Metall oder Stein.
Das gefrorene Material sollte sich gleichmässig von allen Seiten erwärmen. Man kann auch von oben auftauen, so dass sich zuerst die Oberfläche verflüssigt und das Material expandieren kann.
Am besten lässt man die Fläschchen langsam im Kunststoffrack oder in der Lagerschachtel bei Raumtemperatur auftauen. Möchte man nur einzelne Vials aus einem Batch auftauen, stellt man diese am besten auf eine Unterlage aus Kunststoff oder Holz.
Während des Auftauprozesses sollte man die Vials nicht bewegen, da sie sonst zerbrechen können. Gerade zu Beginn des Auftauprozesses, wenn diese noch sehr kalt sind, können sie an der Unterlage kleben bleiben. Vermeiden sollte man auch Zugluft, durch welche das gefrorene Material möglicherweise einseitig auftaut und sich der Inhalt ungleichmässig ausdehnt. Auch dies kann zu Glasbruch führen.
Aufbewahrung von Proben bei Temperaturen bis -80 °C und über einen längeren Zeitraum
Eine wesentliche Grundvoraussetzung für die optimale Aufbewahrung von Proben, auch im gefrorenen Zustand, ist die Dichtheit der verwendeten Laborfläschchen.
Je grösser das Innenvolumen des verwendeten Fläschchens im Vergleich zur Öffnung, desto besser. Verwenden Sie Schraub- oder Bördelkappen, von Schnappringverschlüssen ist abzuraten. Geschlossene Kappen sind verlässlicher als solche mit Durchstichöffnung.
Zu beachten ist auch, dass sich das Material der Kappen beim Abkühlen und Auftauen anders verhält als Glas und andere Temperaturlimits hat.
In diesem Sinne sind auch die Kappen der eigentliche Knackpunkt.
Während Bördelkappen aus Aluminium problemlos tiefe Temperaturen aushalten, sind gängige Schraubkappen meist aus Polypropylen und dieses wird bei Temperaturen unter 0 °C spröde und kann absplittern. Andererseits gibt es viele Lebensmittelverpackungen aus Polypropylen, die sich gut einfrieren lassen.
Je nach Zusammensetzung des Polypropylen sind Temperaturen bis -40 °C möglich. Auch Schraubkappen aus glasfaserverstärktem Polyamid, wie sie die infochroma ag im Programm hat, sollten problemlos bis -40 °C eingesetzt werden können.
Beachten Sie auch die in die Kappen eingesetzten Septen. Septen aus Gummi sind bis ca. -40 °C und solche aus Silikon bis ca. -60 °C einsetzbar.
Repräsentativen Vorversuch durchführen
Wir empfehlen unseren Kunden deshalb, einen repräsentativen Vorversuch durchzuführen, bevor eine grössere Menge an Proben bei tiefen Temperaturen gelagert wird; am besten über mehrere Gefrier- und Auftauzyklen.