Химическая лаборатория (фотографии). Chemical laboratory (photos)

Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter

Ячейка для электрофореза белков / Cell for protein electrophoresis

На фото ниже показана ячейка для электрофореза белков (в разобранном виде). Когда-то эта ячейка работала в медицинской лаборатории, однако... Люди, которые делили на ней белки, ушли на пенсию. Даже человек, который "не работал, а руководил" (с) скоро уходит на пенсию (на работе числится, но месяцами не появляется). Ячейку (в числе прочих интересных вещей) хотят просто выкинуть. Они бы и домой ее отдали, но места нет: решил хотя бы сфотографировать.

Метод основан на разделении белков в среде геля из полиакриламида за счет их разной подвижности при наложении электрического поля (подвижность зависит от молекулярной массы, заряда и пространственной конфигурации полипептидной цепи). Разделение проводят не "просто так", а с добавкой додецилсульфата натрия (SDS) и 2-меркаптоэтанола. Первый играет роль ПАВ, второй - восстановителя, который раскрывает дисульфидные мостики, связывающие полипептидные цепи (для увеличения подвижности белков). Дополнительно используют буферы, которые поддерживают заданный рН полиакриламидного геля. Распространенным компонентом этих буферов является Трис - [трис(гидроксиметил)аминометан - (HOCH₂)₃CNH₂]. После электрофореза пятна белка проявляют, например, с помощью солей серебра или красителя кумасси бриллиантовый синий (Coomassie Brilliant Blue). Электрофорез белков широко используется в биохимии, молекулярной биологии, медицине.

Установку в работе (или в собранном виде) я не видел, поэтому что к чему - пришлось разбираться из литературы (в упомянутой лаборатории даже не нашлось человека, который мог бы объяснить, как собрать ячейку).

Была раньше знакомая - биолог, которая занималась именно электрофорезом белков, но она уехала в США и связь оборвалась. Уехала она не от хорошей жизни, а потому что в ее ВУЗе работать не давали. Один только факт: для полиакриламидного геля была нужна концентрированная соляная кислота (для буфера, видимо). Она попросила кислоту у зам. заведующего лаборатории - тот дал. Сотрудница сделала все по прописи, но гель почему-то не застыл. Обратилась ко мне - я понятия не имел, как правильно готовить гель, но сразу увидел, что в бутылке не соляная кислота, а концентрированная серная. Человек, который дал кислоту, это отлично знал - просто решил сделать пакость.

В Википедии (посмотрев статьи на разных языках) нашел немного иллюстраций, из которых ясно, что к чему.

"Гребешки" заливают раствором, который потом застывает в гель. При извлечении гребешка в геле образуется нужное количество лунок для нанесения исследуемых образцов.

"Железная" проволочка на фото - электроды из платины (на предпоследнем фото эта проволочка оборвана). Крышка с прорезями служила для того, чтобы вставлять в нее пластинки с электродами.

Сам корпус ячейки не сохранился, но найти/изготовить подходящий сосуд - не проблема. Упомянутая выше знакомая, уже будучи в США, использовала для этой цели коробки от конфет. Когда их менеджер увидел - взялся за голову:

- Если что-то надо для работы - СРАЗУ сообщайте. Не стесняйтесь - мы все купим.

Это не только забота о ближнем, но и забота об эффективности. Целесообразно, чтобы квалифицированный персонал занимался квалифицированной работой, а не вырезал-клеил всякие коробочки.

Окрашенный красителем кумасси гель после электрофореза. На левой дорожке для оценки размера использовали маркер размера молекулярной массы (сверху вниз: 66, 45, 35, 24, 18 и 9 кДа). На остальных дорожках разделяли дрожжевые белки

Уже после написания статьи узнал другие интересные подробности по электрофорезу. Кое-что - сам вспомнил. Электрофорез белков может быть вертикальный и горизонтальный. Выше показан именно вертикальный вариант.

Почему именно полиакриламид? Для электрофореза можно использовать и другие гели, например, агар, сефадексы и т.д., но полиакриламид не так едят микроорганизмы (едят, конечно, только менее активно).

Для электрофореза целесообразно использовать не просто гель, полученный полимеризацией акриламида, а частично сшитый полиакриламидный гель - с заданным количеством поперечных связей. Для сшивки к акриламиду добавляют N,N'-метилен-бис-акриламид (сокращенно - МБА).

Среди биохимиков высшим пилотажем считается не просто приготовить полиакриламидный гель с определенной добавкой N,N'-метилен-бис-акриламида, но сделать гель с линейным градиентом сшивки (по длине). Сначала - чистый акриламид, потом акриламид с небольшой добавкой N,N'-метилен-бис-акриламид, дальше - добавка МБА все больше и больше, пока она не достигнет определенного уровня. На таком геле белки разделяются гораздо лучше.

Упомянутая выше сотрудница так сделала докторскую диссертацию... для заведующего лабораторией - без ее работы он бы не защитился (защитился бы, конечно, но стоило это бы дорого - от слова "очень"). Белки она делила именно на геле, где происходил плавный переход от несшитого полиакриламида до все более сшитого.

В благодарность шеф разрешил ей защитить кандидатскую и пустил в командировку в Америку. Но после приезда начальник решил, что теперь сотруднице некуда деться и можно обжать человека по полной. С подобной ситуацией она столкнулась уже во второй раз в жизни. Первый раз был в аспирантуре одного из академических институтов. Тогда у нее была уже готова и распечатана диссертация - в этот момент ее научный руководитель потребовал от нее за защиту баснословную сумму. От защиты пришлось отказаться - поэтому она и перешла в данную лабораторию. Сначала было все нормально - пока в ее работе был кровно заинтересован начальник, но после защиты его докторской все изменилось. Человек гумифицировался буквально на глазах, а подчиненные, улавливая настроение начальства, набрасывались на всех, кто был у него не в фаворе.

Сотрудница не пререкалась и не плакала. Она просто оставалась вечерами (когда вокруг меньше посторонних глаз) и с кем-то переписывалась по компьютеру. Это теперь электронные письма и звонки по интернету воспринимаются как банальная вещь - тогда окружающие не понимали, что за компьютером можно не только смотреть научные сайты или фото котиков, но и с кем-то переписываться.

Через полгода ей пришло приглашение из США - на длительную работу. Позже она вернулась, вышла замуж и... уехала в Америку вместе с мужем.

Если кому-то интересны подробности по электрофорезу белков и ссылки на первоисточники - рекомендую книгу: Р. Досон, Д. Эллиот, У. Эллиот, К. Джонс Справочник биохимика (1991) [ссылка] - там много полезной информации по различным биохимическим методам.

Гибрид фильтра и центрифуги / Hybrid of filter and centrifuge

Теперь - немного экзотики, а заодно - и не совсем экзотики.

Пробирки для фильтрования... в центрифуге. Изготовлены из прочного пластика. Содержат вкладыш с фильтрующей перегородкой. Похоже, что пробирки одноразовые.

Много что успел повидать, но про такое - я даже не слышал (хотя нечто подобное давно представлял)... Фильтрующие пробирки для центрифуги. Что в этих пробирках особенного? Рассмотрим два метода разделения: центрифугирование и фильтрование.

Обычно разделение в лабораторной центрифуге происходит за счет разности плотностей фаз в поле центробежной силы: более плотная фаза опускается на дно пробирки, более легкая - остается сверху. Чем выше число оборотов центрифуги, чем больше диаметр ротора и чем выше разность плотностей фаз - тем эффективнее разделение.

А при фильтровании разделение происходит за счет того, что твердые частицы не проходят сквозь поры фильтра и задерживаются на его поверхности, а жидкая фаза - проходит. Разность плотностей тут играет второстепенную роль. Более важными параметрами являются: перепад давления (до и после фильтрующей перегородки), размер частиц суспензии и размер пор фильтра, вязкость жидкой среды и др.

Движущей силой, которая заставляет раствор проходить через фильтрующую перегородку, часто служит гравитация (жидкость проходит сквозь фильтр под действием собственного веса). Для ускорения фильтрования в лаборатории или в промышленности используют вакуум, который создают после фильтра (вакуумное фильтрование) или избыточное давление, которое создают перед фильтрующей перегородкой (фильтрование при повышенном давлении).

С вакуумным фильтрованием работали многие химики - это распространенный метод, как в лаборатории, так и на различных производствах. Фильтрование под давлением в лабораторной практике применяется реже - мне, например, работать с ним не приходилось. Обычно его используют для мембранных фильтров с высоким гидравлическим сопротивлением, когда фильтрование под вакуумом идет крайне медленно. Теоретически вакуум может создать перепад давлений не более 1 кг/см² (величина атмосферного давления), а при фильтровании под избыточным даванием такой перепад ограничен только прочностью установки и возможностями насоса. В промышленности фильтрование под давлением используют гораздо чаще - мне приходилось работать с фильтр-прессами, через которые фильтровался прядильный раствор (вискоза).

Фильтрование под избыточным давлением - опасная вещь: что в промышленности, что в лаборатории. Если давление превысит допустимое - конструкция может разрушиться. Например, на заводе, где я работал, был случай, когда из-за сбоя оборудования (не открылся клапан после фильтр-пресса) стальную раму массой 20 кг разорвало и ее часть упала в 20 см от аппаратчицы. Были случаи, когда рамы не разрывало, а раздвигало, и в потолок цеха был многометровый фонтан вискозы (раствор).

В лаборатории, где работал мой товарищ, чуть не произошел аналогичный случай. Фильтрование сквозь мембрану под избыточным давлением. Установка из толстого стекла. Допустимое давление - не более 3 ат. Регулирование - ручное без автоматической блокировки. Сотрудница поставила образец фильтроваться и "сцепилась языками" с другой женщиной. Говорят они, говорят... Приходит мой товарищ и видит, что за установкой никто не следит: на манометре уже 3.5 ат. - вот-вот рванет. Осколки стекла (толстая воронка и толстая колба) полетят во все стороны. Учитывая, что обе женщины стоят рядом и далеко не Дюймовочки, вероятность попадания высокая.., а они себе беззаботно болтают. Подошел, выключил насос и спокойным голосом сказал: "Еще немного - и продырявило бы ваши "гениальные" головы". Женщины обиделись.

Теперь - к фильтрующим пробиркам. Разделение в них происходит, как и в других фильтровальных установках: за счет того, что жидкость проходит сквозь поры фильтра, а твердые частицы - задерживаются (если они достаточно крупные). Но движущей силой, которая продавливает жидкость сквозь фильтр, является не гравитация, не вакуум или избыточное давление, а центробежная сила, которая возникает за счет вращения ротора центрифуги.

Принцип далеко не оригинальный. Довелось работать в цеху, где стояла т.н. фильтрующая центрифуга, которая действовала именно по такому принципу (приходилось даже эту центрифугу ремонтировать). В фильтрующих центрифугах барабан (ротор) имеет перфорированную поверхность с закрепленной на ней фильтрующей тканью. Твердое вещество - сульфат натрия оставалось внутри, а маточный раствор центробежная сила продавливала сквозь стенки барабана (в конкретном случае на барабане даже не было фильтрующей ткани, т.к. кристаллы сульфата натрия были довольно крупными и отделялись просто на перфорированной стали).

Однако, такая фильтрующая центрифуга не универсальна: на ней можно фильтровать суспензию, но нельзя произвести разделение фаз в центробежном поле за счет разности их плотностей - как в это происходит "классической" центрифуге (для этого нужно менять барабан, плюс вносить другие конструкционные изменения).

Зато центрифужные пробирки с фильтрующим вкладышем позволяют использовать для фильтрования суспензии обычную центрифугу, которая рассчитана на разделение за счет разницы плотностей. Для промышленности такое решение не очень хорошее (громоздко и неудобно), а для лаборатории - вполне подойдет.

Стакан с электропроводящим покрытием / Conductive coated glass

Стеклянный стакан на 300 мл, покрытый электропроводящим слоем диоксида олова. Слой заметен по радужному блеску (цвета интерференции). К поверхности прикреплены два электрода, к которым подводят ток. Таким образом удается достичь нагрева стенок без использования внешних нагревателей.

Видел такие стаканы и колбы раньше, хоть и редко. В книге: Иванов Б.И. Пожарная безопасность в химических лабораториях (1988) [ссылка] прочитал, что:

"В настоящее время промышленность освоила выпуск стеклянных стаканов и колб, на наружной поверхности которых нанесена полупроводниковая пленка диоксида олова, по которой пропускается ток для нагрева жидкости. Вместимость стаканов с токопроводящим покрытием 300 и 500 мл. Их удобно использовать как бани для нагрева сосудов небольших размеров.

В таких сосудах в качестве теплоносителя. используют прозрачные жидкости, уровень которых должен быть несколько выше токопроводящего покрытия.

Стеклянная посуда с токопроводящим покрытием при строгом контроле за поддержанием заданной температуры менее опасна, чем электроплитки".

Почему же такая прекрасная "стеклянная посуда с токопроводящим покрытием" столь редко встречается в лабораториях, а "более опасные" электроплитки, электрические бани и аналогичные нагреватели распространены повсеместно? Сам с ней не работал, но коллеги говорят, что посуда с электропроводящим покрытием ненадежна - контакт легко теряется и нагрев выходит из строя. А даже, если контакт с подводящими ток электродами сохраняется, покрытие со временем теряет электропроводящие свойства (возможных причин достаточно).

Как такие электропроводящие покрытия наносят? В практикуме Воскресенского дается следующее описание (П.И. Воскресенский Техника лабораторных работ (1969) [ссылка], С219-222).

"Нагревание полупроводниковыми пленками
Очень большой интерес для лабораторий представляет нагревание химической посуды - стеклянной, кварцевой, фарфоровой и керамической - при помощи полупроводниковых пленок, которые могут быть нанесены на любую поверхность.

В качестве полупроводника можно использовать пленки двуокиси олова. Для получения пленки двуокиси олова предварительно нагретое изделие (например, стакан, воронку, тигель и т.д.) обрабатывают спиртовым раствором хлорного олова или парами хлористого олова. Пленка хорошо закрепляется на поверхности стекла, кварца, фарфора и керамических материалов и обладает высокой механической прочностью и химической устойчивостью, однако она быстро разрушается под действием атомарного водорода.

К полупроводниковой пленке припаивают электропровода, которые служат для подключения прибора к электрической сети.

В условиях большинства химических лабораторий нанесение полупроводниковой пленки легче всего делать путем обработки наружной поверхности изделия (реже - внутренней поверхности) растворами хлоридов олова.

Подготовка изделий. Изделие, которое предполагают покрыть полупроводниковой пленкой, нагревают в электропечи до 450-500°С. Щелочные стекла перед нагреванием обрабатывают 0.5 н. раствором азотной кислоты при 50°С в течение 12-15 ч. Эта обработка имеет целью извлечение ионов щелочных металлов с поверхности стекла и образование кремнеземистой пленки, которая дает прочное сцепление покрытия со стеклом и заметно увеличивает электропроводность и прозрачность пленки SnO₂.

Изделия из фарфора и керамики не выщелачивают.

Поверхность изделия, которая не должна быть покрыта полупроводниковой пленкой, защищают слоем глины или шамота, накладываемым на изделие до нагревания.

Обработка изделий. Нагретое изделие извлекают из печи и обрабатывают спиртовым или водным раствором SnCl4; лучшие результаты получаются при использовании спиртовых растворов. Для увеличения электропроводности пленки в раствор вводят восстановитель.

Рекомендованы следующие составы растворов для получения полупроводниковой пленки (в частях):

1. Этиловый спирт, 96%-ный	10
Хлорное олово (SnCl₄·5H₂O)	3.5
Треххлористая сурьма (SbCl₃)	0.6

2. Этиловый спирт 96%-ный	10
Хлорное олово (SnCl₄·5H₂O)	10
Восстановитель (гидразин, формалин и др.)	2.5

Тот или иной раствор наносят на подготовленную поверхность пульверизатором с высокой распыляющей способностью (давление 1.5-2 атм). Продолжительность пульверизации 30-40 сек. Чтобы получить сопротивление около 10-50 ом, пульверизацию проводят 5-10 раз.

Описанный способ применяют главным образом для создания покрытий на плоской поверхности.

Прикрепление электропроводов. Для того чтобы получить вполне надежный контакт между полупроводниковой пленкой и электродами, на пленку (в двух точках) следует нанести тонкий слой металла. Нанесение такого слоя может быть проведено: 1) методом вжигания паст; 2) химическим осаждением и 3) шоопированием (получение тонкого слоя путем пульверизации расплавленного металла).

Методом вжигания наносят слой серебра или платины. Для нанесения слоя серебра применяют пасту следующего состава (в частях):

Углекислое серебро (Ag₂CO₃)	8
Канифоль	1
Скипидар	4

Пасту наносят на изделие и нагревают его до 400°С. В результате образуются механически прочные слои электродов, к которым можно припаивать провода.

Слои серебра, наносимые методом химического осаждения, обладают малой механической прочностью и разрушаются при припайке проводов.

Нанесение металла методом шоопировання позволяет получать слои толщиной около 0.5 мм, достаточно устойчивые к плотности тока до 5 а/см². При шоопировании рекомендуется использовать сплавы, температура плавления которых выше 250°С".

Уже писал, но повторюсь: такой способ электрического нагрева не вызывает у меня доверия. Лучше уж обычные электронагреватели вроде нагревателя от термостата, который показан на фото ниже:

Комментарии

^К1 По молодости я делал лабораторную фильтрующую центрифугу. Конструкция оказалась неудачной - не смог отцентровать фильтрующий барабан.