Effiziente Probenpräparation mit Mikrowellen: Die PELCO BioWave® Pro+
Abb. 1: ungleiche Energieverteilung (als Temperatur dargestellt) bei einer Mikrowelle ohne CMT (A) und bei der BioWave® mit ColdSpot im Einsatz (B) [1]
Mit der Präparation biologischer Proben für die Elektronenmikroskopie (EM) gehen hohe Anforderungen einher. Neben der Erhaltung ultrastruktureller Details sind Reproduzierbarkeit und Effizienz von großer Bedeutung. Besonders bei hohem Probendurchsatz – etwa in der klinischen Diagnostik oder Forschung – werden Methoden benötigt, die Zeit sparen, ohne die Qualität zu beeinträchtigen. Die PELCO BioWave® Pro+ von Ted Pella stellt eine innovative Lösung dar, um diesen Anforderungen gerecht zu werden.
Mikrowellenenergie interagiert mit polaren Molekülen und versetzt sie in Schwingung. Zu viel Energie führt zum Aufbrechen von Wasserstoffbrücken und zur Wärmefreisetzung – was bei der Probenverarbeitung unerwünscht ist (wir wollen unsere Proben schließlich nicht „kochen“). Niedrige Energie hingegen bringt polare Moleküle in Bewegung und senkt die für eine Reaktion erforderliche Aktivierungsenergie. Durch den Einsatz von Mikrowellenenergie kann die Reaktionsgeschwindigkeit unabhängig von Temperatur oder direkter Erwärmung erhöht werden – der sogenannte Mikrowelleneffekt.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Mikrowellen, wie wir sie aus der Küche kennen, kann bei der BioWave® die Leistung kontinuierlich zwischen 100 und 750 W reguliert werden. Das bedeutet: Empfindliche Proben werden nie der vollen Leistung von 750 W ausgesetzt – wie es z. B. bei gepulsten Mikrowellen der Fall ist. Viele organische Proben erleiden bereits bei weniger als 250 W strukturelle Schäden – meist durch Überhitzung.
Die BioWave® setzt deshalb auf die sogenannte Kaltmikrowellentechnologie (CMT, engl. Cold-Microwave Technology), um ein Aufheizen der Proben zu verhindern. In einem geschlossenen Hohlraum erzeugen Mikrowellen stehende Wellen, was zu Bereichen hoher und niedriger Energiedichte führt – also zu „heißen“ und „kalten“ Stellen. In Haushaltsmikrowellen wird dieses Problem durch Drehteller gelöst. In der Probenpräparation ist das keine Option: Wir arbeiten im Mikro- bis Nanometerbereich, wo bereits geringe Überhitzung oder ungleichmäßige Energiedichte zu irreversiblen Schäden führen kann.
Abb. 1 zeigt deutlich, welchen Unterschied eine Mikrowelle mit CMT macht: Der Einsatz des ColdSpot™ in der BioWave® verhindert „Hot Spots“ und ermöglicht eine gleichmäßige Temperaturkontrolle über die gesamte Fläche hinweg.
Neben CMT bietet die BioWave® weitere Vorteile. Sie verfügt unter anderem über eine integrierte Vakuumpumpe, die beispielsweise bei der Fixierung oder Harzinfiltration eingesetzt werden kann. Durch die Möglichkeit, individuelle Rezepte anzulegen und automatisierte Abläufe jederzeit reproduzierbar abzurufen, lässt sich der Workflow erheblich beschleunigen.
| Prozessschritt | Laborbank | BioWave® |
|---|---|---|
| BioWave® | 1 – 24 h | 5 min * |
| Pufferspülung | 0,5 – 1 h | 5 min |
| Osmiumfixierung | 1 – 2 h | 5 min * |
| Dehydrierung | 1 – 3 h | 5 min |
| Harzinfiltration | 8 – 30 h | 10 min * |
| Harzpolymerisation | 12 – 24 h | 45 – 90 min |
| Summe | >24 h | ca. 2 h |
Tabelle 1: Beispiel der Präparation für die Elektronenmikroskopie: Vergleich herkömmlicher Präparation mit Mikrowellenpräparation in der BioWave® ("low power" <250 W, Verwendung des ColdSpot™, Verwendung von Vakuum*)
Tabelle 1 zeigt am Beispiel der Probenpräparation für die Elektronenmikroskopie, welche Zeitersparnis die mikrowellenassistierte Methode bringt. In diesem Fall wurde mit geringer Leistung (<250 W), unter Verwendung des ColdSpot™ und teilweise unter Vakuum gearbeitet.
Giberson et al. [2] beschreiben in ihrer Publikation die Zeitersparnis bei der Probenpräparation für die Elektronenmikroskopie. Abb. 2 stammt aus diesem Paper. Untersucht wurden Hundenasenzilien: einmal konventionell präpariert (A) – mit über 24 Stunden Aufwand – und einmal mittels Labormikrowelle (B) – mit nur rund 2 Stunden Aufwand.
Doch nicht nur Zeit wird gespart: Man beobachtet eine bessere Strukturerhaltung durch schnellere Fixierung, höhere Diffusionsraten, weniger Zellextraktion und geringere Hintergrundfärbung. Durch die Kontrolle der Probenumgebung lassen sich konsistente, reproduzierbare Ergebnisse erzielen. Zudem kann die Menge benötigter Reagenzien reduziert werden.
Abb. 2 Nasenzilien von Hunden: (A) herkömmliche Präparation (>24 h); (B) Präparation mittels BioWave® (ca. 2 h). [2])
Weitere Vorteile sowie Beispielprotokolle für verschiedene Präparationsmethoden und -kits (Elektronenmikroskopie, Immunolabeling, Paraffingewebeprozessierung, Entkalkung) finden Sie in der Beschreibung der Kits auf der Ted Pella Webseite.
Sie können uns natürlich auch direkt ansprechen – wir lassen Ihnen gern die gewünschten Informationen zukommen. Schauen Sie, wie die BioWave® Ihre Anwendungen beschleunigen oder verbessern kann.
Ansprechpartner
| +49 6157 80710-456 | |
| +49 6157 807109456 | |
| E-Mail schreiben |
