Forsøk: Utforsk eigenskapane til alginat

Føremålet med dette forsøket er å utforske eigenskapane til alginat og få eit innblikk i korleis teknikken kan utnyttast i bioteknologi.

Alginat er eit polysakkarid som blir danna i brunalgar (tang og tare) som veks langs heile norskekysten. Når algen blir hausta og alginat blir ekstrahert, blir det danna eit kvitt pulver som har ei enorm evne til å trekkje til seg og halde på vatn. Alginata kan fortjukke, stabilisere og danne gelear, og blir derfor brukte i mange hundre produkt og prosessar, både til næringsmiddel, medisinar og industriprodukt.

Alginat kan brukast til å halde fast (immobilisere) levande celler, sidan polysakkarida dannar ein geléaktig, porøs struktur straks dei kjem i kontakt med kalsiumklorid. Dette skjer òg ved temperaturar som levande celler toler.

Eit døme på bruk av alginat er i behandling av diabetespasientar. Alginat blir då brukt til å kapsle inn insulinproduserande celler frå ein donor og implantert i bukhola på pasienten. Dette går veldig bra, sidan alginata ikkje vekkjer immunreaksjonar hos pasienten. For at dette skal fungere, må strukturen vere så tett at antistoffa til pasienten ikkje kjem inn, og porøs nok til at næring og avfall kan passere til og frå dei innkapsla cellene.

Slik gjer du:

1. 

   Lag ei 1–2 % alginatløysning.
   (For at alginatkulene skal bli meir synlege, kan de bruke fargestoffet blå dekstran, eit særs stort molekyl (2 mill. kilodalton) som blir bunde fast i alginatstrukturen, slik at det ikkje blir vaska ut.)
   1. Bruk 0,5–1,0 g alginat i 50 ml destillert vatn.
   2. Viss de tilset fargestoff, gjer det at kulene blir meir synlege, men det er ikkje naudsynt for sjølve prosessen. Bruk mindre enn 0,1 g blå dekstran.
2. Rør godt. Løysninga kan med fordel stå på magnetrørar/ristebord i 12 timar.
3. Bruk magnetrørar til å løyse opp gjærceller i løysninga like før du skal gjennomføre forsøket. Bruk ca. 1/2–1 teskei gjær. Du kan byte ut gjærcellene med planktonet Pyrocystis fusiformis.
4. Lag ei 0,05 M $CaC{l}_2$-løysning (kalsiumklorid).
   Oppskrift

   Det finst to typar kalsiumklorid. Finn ut kva type du har, før du vel oppskrift. Utrekninga står her viss du vil vite korleis ein reknar seg fram til ein bestemt konsentrasjon. Du treng ikkje å lese ho.

   Ca har molekylvekt 40 u.
   $C{l}_2$ har molekylvekt 35,5 x 2.
   $CaC{l}_2$ har molekylvekt 111 u.
   H2 har molekylvekt 2 x 1u = 2 u.
   O har molekylvekt 16 u.
   $2H_{2}O$ har molekylvekt 2x18 u = 36 u.
   $CaC{l}_2+2H_{2}O$ har molekylvekt 147 u.
   
   147 g $CaC{l}_2+2H_{2}O$ i 1 liter vatn – 1 M løysning
   14,7 g $CaC{l}_2+2H_{2}O$ i 1 liter vatn – 0,1 M løysning
   7,35 g $CaC{l}_2+2H_{2}O$ i 1 liter vatn – 0,05 M løysning

   3,7 g $CaC{l}_2+2H_{2}O$ i 0,5 liter vatn – 0,05 M løysning

   ----------------------------------------

   Ca har molekylvekt 40 u.
   $2C{l}^{-}$ har molekylvekt 35,5 x 2.
   $CaC{l}_2$ har molekylvekt 111 u.
   
   111 g $CaC{l}_2$ i 1 liter vatn – 1 M løysning
   11 g $CaC{l}_2$i 1 liter vatn – 0,1 M løysning
   5,5 g $CaC{l}_2$ i 1 liter vatn – 0,05 M løysning

   2,75 g $CaC{l}_2$ i 0,5 liter vatn – 0,05 M løysning

5. 

   Dryp løysninga med alginat og gjærceller over i eit begerglas med $CaC{l}_2$-løysning.
6. Overfør alginatkulene via ei trakt til ein byrette som er festa i eit stativ. Det kan vere lurt å leggje til dømes eit nøste av tynn ståltråd nedst i byretten, slik at alginatkulene ikkje får moglegheit til å stengje for tappekrana.
7. Tapp av $CaC{l}_2$-løysninga.
8. Hell på sukkerløysning (50 g sukrose eller glukose per liter vatn) slik at det blir ein jamn straum av sukkerløysning gjennom alginatkulene der gjærcellene er bundne.
9. Tapp produktet sakte ut.
10. Tilleggsøving:
    Når forsøket er over, kan du helle alginatkulene og sukkerløysninga over i ein stor kolbe og late blandinga stå. Viss du er heldig, begynner alginatkulene å gå i vertikale sirklar. Kan du forklare kvifor alginatkulene beveger seg?

• Kva er det som kjem ut? Lukt, smak, farge, grums?
• Tolk resultatet, og forklar den kjemiske prosessen som har gått føre seg (bruk òg formlar).
• Drøft fleire faktorar i prosessen som kan justerast for å få størst mogleg utbytte.
• Har du forslag til bruksområde for teknikken?