Forsøk: Utforsk egenskapene til alginat

Hensikten med dette forsøket er å utforske egenskapene til alginat og få et innblikk i hvordan teknikken kan utnyttes i bioteknologi.

Alginat er et polysakkarid som dannes i brunalger (tang og tare) som vokser langs hele norskekysten. Når algen høstes og alginater ekstraheres, dannes det et hvitt pulver som har en enorm evne til å trekke til seg og holde på vann. Alginatene kan fortykke, stabilisere og danne geleer, og brukes derfor i mange hundre produkter og prosesser, både til næringsmidler, medisiner og industriprodukter.

Alginater kan brukes til å holde fast (immobilisere) levende celler, siden polysakkaridene danner en geléaktig, porøs struktur straks de kommer i kontakt med kalsiumklorid. Dette skjer også ved temperaturer som levende celler tåler.

Et eksempel på bruk av alginat er i behandling av diabetespasienter. Alginat brukes da til å kapsle inn insulinproduserende celler fra en donor og implanteres i bukhulen på pasienten. Dette går veldig bra, siden alginatene ikke vekker immunreaksjoner hos pasienten. For at dette skal fungere, må strukturen være så tett at pasientens antistoffer ikke kommer inn, og porøs nok til at næring og avfall kan passere til og fra de innkapslede cellene.

Slik gjør du:

1. 

   Lag en 1–2 % alginatløsning.
   (For at alginatkulene skal bli mer synlige, kan dere bruke fargestoffet blå dekstran, et meget stort molekyl (2 mill. kilodalton) som blir bundet fast i alginatstrukturen, slik at det ikke vaskes ut.)

   1. Bruk 0,5–1,0 g alginat i 50 ml destillert vann.
   2. Hvis dere tilsetter fargestoff, gjør det at kulene vises bedre, men det er unødvendig for selve prosessen. Bruk mindre enn 0,1 g blå dekstran.
2. Rør godt. Løsningen kan med fordel stå på magnetrører/ristebord i 12 timer.
3. Bruk magnetrører til å løse opp gjærceller i løsningen like før du skal gjennomføre forsøket. Bruk ca. 1/2–1 teskje gjær. Du kan bytte ut gjærcellene med planktonet Pyrocystis fusiformis.

4. Lag en 0,05 M $CaC{l}_2$-løsning (kalsiumklorid).

   Oppskrift

   Det finnes to typer kalsiumklorid. Finn ut hvilken type du har, før du velger oppskrift. Utregningen står her hvis du vil vite hvordan man regner seg fram til en bestemt konsentrasjon. Du trenger ikke å lese den.

   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 vann – 1 M løsning
   14,7 g $CaC{l}_2+2H_{2}O$ i 1 liter vann – 0,1 M løsning
   7,35 g $CaC{l}_2+2H_{2}O$ i 1 liter vann – 0,05 M løsning

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

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

   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 vann – 1 M løsning
   11 g $CaC{l}_2$i 1 liter vann – 0,1 M løsning
   5,5 g $CaC{l}_2$ i 1 liter vann – 0,05 M løsning

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

5. 

   Drypp løsningen med alginat og gjærceller over i et begerglass med $CaC{l}_2$-løsning.

6. Overfør alginatkulene via en trakt til en byrette som er festet i et stativ. Det kan være lurt å legge for eksempel et nøste av tynn ståltråd nederst i byretten, slik at alginatkulene ikke får mulighet til å stenge for tappekranen.
7. Tapp av $CaC{l}_2$-løsningen.
8. Hell på sukkerløsning (50 g sukrose eller glukose per liter vann) slik at det blir en jevn strøm av sukkerløsning gjennom alginatkulene der gjærcellene er bundet.
9. Tapp produktet sakte ut.
10. Tilleggsøvelse:
    Når forsøket er over, kan du helle alginatkulene og sukkerløsningen over i en stor kolbe og la blandingen stå. Hvis du er heldig, begynner alginatkulene å bevege seg i vertikale sirkler. Kan du forklare hvorfor alginatkulene beveger seg?

• Hva er det som kommer ut? Lukt, smak, farge, grums?
• Tolk resultatet, og forklar den kjemiske prosessen som har foregått (bruk også formler).
• Drøft flere faktorer i prosessen som kan justeres for å få størst mulig utbytte.
• Har du forslag til bruksområder for teknikken?