Multisizer 4e COULTER COUNTER to jeden z flagowych analizatorów marki Beckman Coulter. Jest wszechstronnym analizatorem do liczenia i charakteryzowania cząstek. Wykorzystuje Zasadę Coulter’a, aby wykrywać cząstki przechodzące przez obszar wykrywania elektrycznego, bez względu na ich charakter i właściwości optyczne. Multisizer 4e jest doskonałym narzędziem do badania i liczenia szerokiej gamy cząsteczek. Poniżej przedstawione są przykładowe jego zastosowania w praktyce laboratoryjnej.

 

 

 

Kontrola jakości w przemyśle spożywczym

W przemyśle spożywczym cząsteczki występują w proszkach, emulsjach lub zawiesinach. Właściwości żywności i napojów, takie jak zapach i smak, konsystencja, wygląd, kolor, trwałość, okres przydatności do użycia oraz właściwości reologiczne są w dużym stopniu zależne od cząstek stałych w produktach, szczególnie od ich rozkładu wielkości i ładunku powierzchniowego. Rozkład rozmiaru cząstek jest istotny przy określaniu pylnych i transportowych właściwości suchych proszków czy właściwości sensorycznych lodów, czekolady, ketchupu, itp. Analiza rozmiaru cząstek jest bardzo ważna dla procesów rozdrabniania produktów spożywczych, np. homogenizacji mleka czy mielenia mąki.

Monitorowanie drożdży

Drożdże – eukariotyczne, jednokomórkowe mikroorganizmy zaliczane do królestwa grzybów. Znaczenie gospodarcze mają drożdże szlachetne – liczne odmiany i szczepy hodowlane drożdży należące do gatunku Saccharomyces cerevisiae, wykorzystywane w przemyśle spożywczym, a zwłaszcza fermentacyjnym (drożdże piwowarskie, winiarskie, gorzelnicze i piekarniane).

                                                                                                                                    Zdjęcie 1. Drożdże piekarskie

Istnieją też gatunki szkodliwe z punktu widzenia przemysłu, nazywane drożdżami dzikimi, wywołujące wady produktu (śluzowacenie, zużywanie alkoholu, gorzknienie). Z drugiej zaś strony dzikie drożdże mogą być pożyteczne: są wykorzystywane między innymi przy produkcji rakii oraz piwa.

Drożdże rozmnażają się przez pączkowanie. W komórce rodzicielskiej powstaje przewężenie, jądro dzieli się na dwa jądra, z których jedno przemieszcza się do pączka. Następnie przewężenie się zamyka. Czasami mogą powstać duże, rozgałęzione kolonie. Doskonałą pożywką dla tych jednokomórkowców jest sacharoza.

                                                                                  Zdjęcie 2. Rozmnażanie drożdży   

W doświadczeniu analizator Multisizer 4e analizator najpierw zliczył ilość komórek suchych drożdży, następnie analiza została powtórzona po kilku minutach, po dodaniu sacharozy. Dzięki temu, że analizator Multisizer 4e charakteryzuje się dużą precyzją pomiarową, podczas analizy można zaobserwować dokładny wzrost komórek badanych organizmów.

 

Cynamon 

Cynamon to nie tylko popularna przyprawa. Dzięki obecności wielu substancji aktywnych wykazuje właściwości prozdrowotne, dlatego używa się go w przemyśle kosmetycznym oraz farmaceutycznym. Multisizer 4e sprawdza się w kontroli jakości produktów spożywczych, umożliwia ocenę skuteczności mielenia, czy też analizę produktu pod kątem spełnienia niezbędnych norm.

                                                     Zdjęcie 3. Laseczki cynamonu oraz przyprawa w formie zmielonej

Kontrola jakości w przemyśle farmaceutycznym

Kontrola jakości jest szczególnie istotna w branży farmaceutycznej. W przypadku farmaceutyków rozmiar cząstek jest jednym z kluczowych parametrów do określenia, czy lek będzie skuteczny i bezpieczny. Przykładem, który posłuży do przedstawienia jednego z zastosowań będzie zliczenie cząstek w 3 emulsjach lipidowych podawanych dożylnie. Dożylne emulsje lipidowe (ILE) podlegają ścisłym normom zawartych w farmakopei - United States Pharmacopeia (USP) adopted Chapter <729> entitled Globule Size Distribution in Lipid Injectable Emulsions. Preparaty takie nie powinny zawierać w swym składzie cząstek o wielkości powyżej 5 µm.

Poniższy wykres przedstawia przykładowe wyniki kontroli jakości gotowego preparatu do wstrzykiwań. Analizator dokładnie zlicza ilość cząstek w wybranym przedziale wielkości. Istnieje dużo możliwości prezentacji uzyskanych wyników.

Kontrola jakości w przemyśle chemicznym

Charakteryzacja cząstek stanowi codzienną rutynę pracowników szeroko rozumianej branży chemicznej. Wielkość cząstek ma ogromny wpływ na końcowe właściwości produktu, dlatego taka analiza będzie miała zastosowanie praktycznie w każdej firmie z tej branży.
Materiały ścierne są używane do polerowania lub usuwania nadmiaru materiału z powierzchni. Aby polerowanie było efektywne, cząstki ścierne muszą być twardsze niż materiał powierzchniowy. Materiały ścierne są również stosowane przy szlifowaniu, cięciu, wierceniu, piaskowaniu itp. Rozkład wielkości ziaren ściernych ma decydujące znaczenie dla płynności i szybkości usuwania materiału. Powszechnym zjawiskiem w materiałach ściernych jest aglomeracja. Preferowany jest wąski rozkład rozmiaru cząstek, gdyż mniejsze cząstki mają skłonność do tworzenia aglomeratów, które mogą uszkodzić powierzchnię materiału poprzez zarysowania. Rozkłady wielkości ziaren ściernych są zazwyczaj mierzone przy użyciu metody sitowej i metody sedymentacyjnej. Dyfrakcja laserowa – alternatywna metoda – zyskała popularność w przemyśle ściernym dzięki prostocie badania, wiarygodnym, powtarzalnym i szybszym wynikom. Do liczenia i określania rozmiarów cząstek ściernych oraz uzyskiwania dokładnych rozkładów wielkości cząstek służy także Zasada Coultera.

TiO₂

Dwutlenek tytanu to najtrwalszy i najpowszechniej wykorzystywany tlenek tytanu, który znalazł zastosowanie w przemyśle kosmetycznym, spożywczym i farmaceutycznym. Dwutlenek tytanu o barwie białej ma szerokie zastosowanie głównie ze względu na działanie wybielające. Działa jako filtr w produktach przeciwsłonecznych dzięki właściwościom fotokatalitycznym. Dwutlenek tytanu to barwnik dopuszczony do użycia w Unii Europejskiej. W wykazie chemicznych dodatków do żywności nadano mu numer E171. Z kolei jego nazwa techniczna to biel tytanowa. Używany w produkcji pigmentów nosi nazwę Pigment White 6 lub CI 77891.

Zdjęcie 4. Dwutlenek tytanu

Al₂O₃

Tlenek glinu to materiał wykorzystywany w wielu branżach. Na szczególną uwagę zasługuje wykorzystanie w produktach ściernych. Jego właściwości fizyczne takie jak twardość i wytrzymałość sprawiają, że jest stosowany jako dużo tańszy zamiennik przemysłowego diamentu. Papier ścierny również posiada kryształki tlenku glinu. Warto wspomnieć również o niskiej retencji ciepła, ta właściwość miała znaczenie w zastosowaniu tlenku glinu do szlifowania oraz w narzędziach do cięcia. Ponadto tlenek glinu jest stosowany do produkcji szkła i wyrobów ceramicznych. W największym jednak stopniu związek ten wykorzystywany jest do produkcji aluminium.

Skrobia

Multisizer 4e posłużył także do oceny jakości strumieni procesowych zawierających skrobię pszeniczną. Najbardziej wartościowe partie to te zawierające jak najmniejszy procentowy udział drobnej frakcji (cząsteczek poniżej 10 µm). Uzyskane wyniki dowiodły, że analizator jest przydatny w kontroli nad przebiegiem procesu przetwórstwa.

Kontrola jakości w przemyśle kosmetycznym

Kosmetyki są dostępne w różnych formach (np. emulsje, żele, lotiony, pianki czy kremy) zawierających cząstki. Rozmiar cząstek w kosmetykach determinuje ogólną funkcjonalność, stabilność preparatu, czy odczucia skórne. Rozkład wielkości cząstek zarówno w kosmetykach suchych, jak i płynnych, określa się za pomocą dyfrakcji laserowej. Zasada Coultera jest dobrą alternatywną metodą stosowaną do liczenia i określania rozmiaru cząstek w kosmetykach.

Puder kosmetyczny

Podkład i puder są najczęściej stosowanymi przez kobiety kosmetykami kolorowymi do twarzy. Wszystkie składniki i barwniki pudrów powinny łatwo się rozpuszczać lub zawieszać w wodzie i mieszankach tłuszczów. Muszą być przetestowane dermatologicznie, aby nie było żadnych wątpliwości co do ich użycia. Drobinki pudru nie mogą mieć żadnych ostrych kantów. Talk i glinka kaolinowa są składnikami prawie wszystkich pudrów, ponieważ są miękkie i łatwo się rozprowadzają. Duże ilości dwutlenku tytanu, tlenku cynku i węglanu wapnia powodują, że pudry mogą być szorstkie, chropowate. Węglan wapnia jest bardzo chłonny, puszysty, dobrze pokrywa skórę i sprawia, że puder jest lekki i delikatny. Aby zwiększyć właściwości pielęgnujące pudru, wzbogaca się go naturalnymi olejami i czynnikami nawilżającymi. Poniższy wykres przedstawia analizę ilości i wielkości cząstek przykładowego pudru kosmetycznego.

Zasypka higieniczno-kosmetyczna

Zasypki są powszechnie stosowane na podrażnienie, stan zapalny i otarcia skóry. Składniki zasypki nie tylko wchłaniają nadmiar wilgoci, ale też chronią przed potliwością, odparzeniami, łagodzą podrażnienia i przyspieszają ich gojenie się. Badany produkt zawiera: alantoinę, tlenek cynku, talk, skrobię ziemniaczaną.

Mikrobiologia

Testowanie substancji antybakteryjnych

Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus GG – probiotyczna bakteria hamująca rozwój większości szkodliwych bakterii w jelicie. Należy do bakterii Gram dodatnich. Jest używana jako naturalny środek konserwujący w jogurtach i innych produktach mlecznych; przedłuża ich okres przydatności do spożycia. Niektóre badania przeprowadzone in vivo wykazały korzystne skutki działania bakterii probiotycznych w układzie pokarmowym.

Analizator Multisizer 4e doskonale i precyzyjnie zlicza kolonie bakterii. Umożliwia to jego szerokie zastosowanie w dziedzinie biotechnologii. Ponadto Multisizer 4e może być stosowany do oceny skuteczności środków dezynfekujących. Poniższy wykres ilustruje, jak zmieniła się ilość zliczonych przez analizator komórek bakterii po dodaniu substancji bakteriobójczej zawierającej w swoim składzie etanol.

Liczenie bakterii

Preparaty probiotyczne zawierają różne szczepy prozdrowotnych bakterii. Analizowany preparat zawiera szczepy kwasu mlekowego: Bifidobacterium lactis i Lactobacillus acidophilus oraz inulinę. Zawarte w badanym preparacie szczepy drobnoustrojów zostały szczególnie dobrze przebadane i potwierdzono ich korzystne działanie dla organizmu człowieka. Bakterie kwasu mlekowego wchodzą w skład prawidłowej mikroflory przewodu pokarmowego. Spożywanie probiotyku w określonych ilościach wywiera korzystny efekt zdrowotny, wspomaga przywracanie i utrzymanie prawidłowej mikroflory jelit i ogranicza namnażanie się szkodliwych mikroorganizmów. Zawarta w preparacie inulina (polisacharyd) stymuluje rozwój prawidłowej mikroflory jelitowej.

Ocena skuteczności filtracji

Jednym z ciekawszych zastosowań Multisizera 4e jest ocena skuteczności filtracji. Niezwykle dokładne liczenie cząstek przed, jak i po przefiltrowaniu, pozwala na ocenę skuteczności filtrów lub sprawdzenie integralności membran. Na wykresie przedstawiono wyniki z analizy próbki zawierającej dwutlenku cyrkonu.

Poniżej przedstawiony jest wynik ze zliczenia cząstek stałych (ZrO2) w cieczy przed i po użyciu filtra 0,2 µm.

Analiza składników krwi

Zasada Coultera stosowana w Multisizerze 4e odniosła komercyjny sukces w przemyśle medycznym, zwłaszcza w hematologii, gdzie można ją stosować do liczenia i określania wielkości różnych komórek tworzących krew pełną. Komórki, będące cząstkami słabo przewodzącymi, zmieniają efektywny przekrój przewodzącego mikrokanału. Jeśli cząstki te są mniej przewodzące niż otaczające medium płynne, opór elektryczny w kanale wzrasta, powodując krótkotrwały spadek prądu elektrycznego przepływającego przez kanał. Monitorując takie impulsy w prądzie elektrycznym, można policzyć liczbę cząstek dla danej objętości płynu. Wielkość zmiany prądu elektrycznego jest związana z wielkością cząstki; umożliwia pomiar rozkładu wielkości cząstek, który można skorelować z ruchliwością, ładunkiem powierzchniowym i stężeniem cząstek. Licznik Coultera jest istotnym narzędziem badawczym w dzisiejszym laboratorium szpitalnym. Jego podstawową funkcją jest szybka i dokładna analiza pełnej morfologii krwi (często określana jako CBC). CBC służy do określenia liczby lub proporcji białych i czerwonych krwinek w organizmie. Wcześniej procedura ta polegała na przygotowaniu rozmazu krwi obwodowej i ręcznym zliczeniu każdego rodzaju komórek pod mikroskopem, co zwykle zajmowało pół godziny.

Zdjęcie 5. Krew pod mikroskopem

Analizator umożliwia zliczenie dokładnej ilości cząstek w wybranym zakresie wielkości. Znając średnią wielkość poszczególnych składników krwi, możemy określić ich zawartości w danej objętości pobranej próbki krwi. Wielkości niektórych składników krwi:

• Limfocyty duże 12-16 µm,
• Limfocyty małe 6-10 µm,
• Erytrocyty 7,5 µm.

Wnioski

Omówione powyżej wyniki badań przeprowadzonych za pomocą Multisizera 4e dowiodły, że możliwy zakres jego zastosowań jest niemal nieograniczony. Analizator charakteryzuje się niezwykłą precyzją, a uzyskane wyniki mogą być prezentowane według różnych parametrów.
Multisizer 4e jest niezastąpionym narzędziem do badania i liczenia szerokiej gamy cząsteczek bez względu na ich charakter i właściwości optyczne, co daje mu poniekąd przewagę nad analizatorami wykorzystującymi tak popularną metodę dyfrakcji laserowej.

Więcej informacji na temat analizatora rozmiaru i liczby cząstek Multisizer 4e:

• w dokumencie: Prezentacja_Multisizer_4E_ITS_Science.pdf,
• oraz pod tym linkiem.