هواة العلم

هواة العلم

مُثَفِّلة نابذة من المطبخ

<Sh. كارلستون>

ظل علماء الكيمياء الحيوية يذهلونني دائما، فهؤلاء الباحثون الموهوبون غالبا ما يستخدمون طرائق مباشرة رخيصة الثمن لا صعوبة فيها للتوصل بشكل ما إلى فك العديد من ألغاز الحياة. وعلى الرغم من أن العَقْدَ الأخير شهد تقنيات جديدة جبارة (وباهظة الثمن) طُرِحت للتداول، فإن التوصل إلى الاكتشافات ظل مع ذلك يتم بوسائل مازالت يسيرة وفي متناول الهاوي المتفاني. ولكن من المحزن أن الكيمياء الحيوية ظلت لأمد طويل مجالا لا يطرقه الباحثون الهواة إلا قليلا، وأعتقد أنني أعرف السبب، فالقليلون منهم كانوا يستطيعون الحصول على ما قد يكون الأداة المركزية في الكيمياء الحيوية: المثفِّلة النابذة.

إن المثفلة النابذة تدير بسرعة عدة أنابيب اختبار صغيرة مملوءة بمعلّق في سائل مطلوب فصله إلى مكوناته. وكما يحدث لركاب سيارة تنعطف بسرعة كبيرة، يُطْرد كل جسيم معلَّق داخل الأنبوب نحو الخارج بفعل عطالته الخاصة (قصوره الذاتي)، وكثيرا ما يستفيد الباحثون في الكيمياء الحيوية من هذا المفعول فيضيفون إلى المحلول شيئا يتسبب في ترسيب بعض مكوناته، وهكذا يستخلصون البروتينات مثلا بترسيبها غالبا عن طريق إضافة حمض أو أساس (قاعدة) ضعيفين (الخل أو صودا الخَبْز على سبيل المثال). فتقوم «قوى التسارعg» الكبيرة التي تولدها المثفلة النابذة بدفع الجسيمات الصلبة إلى الاستقرار في القاع بعد مدة وجيزة.

ولا توجد طريقة أخرى تستطيع أن تعزل بسرعة كميات كبيرة نسبيا من المواد الكيميائية الحيوية الأساسية. ولذلك سواء أردت استخراج الجراثيم المزروعة من مرقها الحاضن أو استخلاص البروتينات أو عزل الأجسام المضادة فإنك ستجد نفسك بحاجة إلى مثفلة نابذة، ولكن النماذج المهنية منها قد يكلف واحدها ـ لسوء الحظ ـ آلاف الدولارات.

خلاط قديم يمكن تحويله إلى مثفلة نابذة منزلية رخيصة الثمن لتجارب الكيمياء الحيوية.

ولكي يتخطى<Ch. كارتر>هذه العقبة المالية، وهو باحث هاو في مجال الكيمياء الحيوية ومقاول ابتكاري في لندن بمقاطعة أونتاريو، قام بتصميم مثفِّلة نابذة رخيصة الثمن وسهلة التركيب، وبفضل براعته هذه صار الآن بمقدور كل هاو أن يركِّب مثفلة نابذة عملية خلال نصف يوم (بعد الظهر) وبكلفة 20 دولارا تقريبا، وذلك بأن يستخدم خلاطا قديما في المطبخ وقطعة وصل للمواسير اللدنة الصغيرة مع وعاء لدن لحفظ الأطعمة. وقد استعمل كارتر في صنع نموذجه الأولي خلاطا يحمل العلامة التجارية أوستيرايزر، ولكن تقنيته يمكن مواءمتها لتعمل مع أي طراز أو صنع كان.

تتكوَّن مثفلة كارتر النابذة (أو على الأصح «المثفلة النابذة الصغرية» لأنها تستخدم أنابيب لدنة منمنمة (صغيرة)لحمل العينات) من ثلاثة أجزاء: قاعدة مجهزة بمحرك وأسطوانة داخلية دوّارة تحمل أنابيب العيّنات وحاجز خارجي مثبت يحميك ويحمي عائلتك من الحركة عالية السرعة التي تحدث في داخله. وقبل أن تركّب هذه الآلة عليك أن تؤمّن طقما من أنابيب العيّنات المنمنمة. وفي الصفحة المقابلة تجد قائمة بعدد من مورّديـ مثل هذه الأنابيب.

إن معظم الخلاطات تكون مجهزة بقطعة لدنة حلقية الشكل موجودة في قمة القاعدة مباشرة، انزع هذه القطعة عن القاعدة بمنشار، ثم نعِّم أي حروف حادة قد تبقى بوساطة ورق السُّنباذَج (ورق الزجاج أو السنفرة). وبعدئذ اصنع الغلاف الواقي باستعمال وعاء لدن كبير من أوعية خزن الأطعمة لا يقل قطره عن 20 سنتيمترا (ثماني بوصات) وعمقه عن 10 سنتيمترات (أربع بوصات). افتح ثقبا كبيرا في مركز غطاء الوعاء والصق هذا الغطاء بالقاعدة وهو مقلوب، جاعلا وجهه العلوي في الأسفل ومستخدما الغراء KRAZY أو أي منتج مشابه آخر، بحيث يبرز الجذع الدوّار إلى الأعلى من خلال الثقب. تأكد من أن أي جزء من الغراء لا يصل إلى الأجزاء الدّوارة أو لا يسدّ أي فتحة تهوية تساعد على تبريد المحرك الكهربائي.

يصنع الجزء الدوّار في المثفِّلة من سدادة ماسورة مصنوعة من مادة PVC(كلورايد متعدد الفينيل)، وهي أساسا أسطوانة لدنة قصيرة إحدى قاعدتيها مسدودة. يمكنك أن تختار واحدة منها من مخزن الخردة في بلدتك ليكون قطرها نحو 10 سنتيمترات، وتأكد من أن اللدينة لا يقل سمكها عن 0.3 سنتيمتر (ثُمْن البوصة) وأنها قاسية وغير مرنة. افتح بكل عناية ثقبا في جدار السدادة الجانبي عند منتصف ارتفاعه، مستخدما عدة ريش تثقيب تتزايد أقطارها بالتتابع إلى أن يصبح اتساع الثقب كافيا ليحمل واحدا من أنابيبك المنمنمة. كرِّر هذه العملية ثلاث مرات بحيث تُحدِث أربعة ثقوب متساوية التباعد على محيط الدائرة.

يجب أن يتراصف جذع المحرك مع مركز الكتل في السدادة ليكون على استقامته، وهذا المركز قد لا يقع بالضبط في مركزها الهندسي. ولإيجاد الموقع الصحيح الذي يجب إحداث الثقب فيه، تُعلَّق السدادة بخيط قصير تعليقا يجعل سطحها المستوي يتدلى مشكلا زوايا قائمة بينه وبين أرض الغرفة، فيقع مركز الكتل حينئذ في مكان ما على استقامة الخط الرأسي النازل من نقطة التعليق نحو الأسفل. ولإيجاد المكان المضبوط الذي يجب إحداث الثقب فيه يُطلى خيط المطمار الذي يستعمله البناؤون (خيط ثقل الفادن) بالطبشور الملوّن وتجري مراصفته مع الجزء الآخر من الخيط الذي تتدلى منه سدادة الماسورة المصنوعة من المادة PVC. ثم يحرك خيط المطمار بكل عناية وتدرُّج ليقترب ما أمكن من السدادة من دون أن يمس سطحها المستوي، وإذا أمسكت الخيط في مكانه تحت السدادة بالضبط ثم دفعته بحيث يرتطم بخفة بالسطح اللدن فإن الخيط يترك خطا من أثر الطبشور يتقاطع مع النقطة التي يجب إحداث الثقب عندها. كرر هذه العملية مرتين أخريين على الأقل معلِّقا السدادة من نقطتين أخريين تقعان في جانبها. فتتقاطع عندئذ خطوط آثار الطباشير في نقطة هي النقطة التي يجب إحداث الثقب عندها.

وبعد ذلك افتح الثقب عند النقطة التي وجدتها بالضبط مع التأكد من أن الثقب شاقولي (رأسي) تماما، ويمكن عمل ذلك بالمثقب الضغطي على أفضل وجه، غير أنك تستطيع استخدام مثقاب كهربائي محمول باليد إذا تكلفت شيئا من العناية والعناء. وتمتلك جذوع الكثير من الخلاطات القديمة قِطَع وصل مقاطعها القائمة مربعة الشكل، مما يجعلها لا تملأ الثقب الدائري تماما. وقد اكتفى كارتر بفتح ثقب دائري يكفي اتساعه لينطبق على قطعة الوصل المربعة، ثم طلى الطرف المعدني عند قاعدة قطعة الوصل بالغراء KRAZY وضغط سدادة  الماسورة فوق هذا الطرف نحو الأسفل حتى استقرت، وملأ الفجوات التي تبقت بين السدادة وقطعة الوصل بالغراء عدة مرات وترك المجموعة طوال الليل لتتقسى وتتصلد.

وقد يتطلب الأمر حسب تصميم خلاطك أن تحدث ثقبا كبيرا نسبيا في السدادة لكي يتلاءم مع قطعة وصل لدنة كبيرة موجودة على الجذع، فتستعمل في هذه الحالة منشار ثقوب توسِّع به الثقب الذي فتحته في السابق. ثم تغرّي السدادة على قطعة الوصل اللدنة مستخدما ميزان تسوية النجّارين لتتأكد من أن السدادة ليست مائلة أو منحرفة. وقد تجد أيضا أن لاصقا آخر مثل پلاستيكس (بند رقمه 825665 من صنع الشركة Loctite) يعمل بشكل أفضل من الغراء KRAZY.

قياس التسارع (العَجَلة)

وعندما يتماسك الغراء تصبح جاهزا لاختبار دوران السدادة لموازنتها. ضع أنبوب عينات فارغا في كل ثقب من الثقوب الأربعة، وشغِّل المحرك بسرعة على وضعية أدنى سرعة له، على أن تحترس لأصابعك فتبقيها بعيدا عن منحى الأذى، وإذا وجدت أن الجهاز يقعقع ويرتعش على المنضدة يكون عليك أن تجري بعض الضبط والتصحيح. وكانت طريقة كارتر البارعة أن يسحب كل أنبوب بدوره ويكرر الاختبار، فإذا أدى سحب أحد الأنابيب إلى خفض الارتجاف ستدرك حينها أنه يجب انتزاع بعض الكتلة من جانب السدادة الموافق له، فابرُدْ بنعومة بعض اللدينة من حافة السدادة الواقعة مباشرة فوق أنبوب العينات المناسب، وثابر على دفع المثفلة النابذة إلى الدوران للتحقق من تقدمك، إلى أن تدور السدادة من دون اهتزاز مفرط.

وقد ترغب في أخذ جهازك إلى محل تصليح المحركات، حيث تجد مقابل دفع رسم صغير تِقْنيا قادرا على تحديد سرعة الدوران المقابلة لكل وضعية من وضعيات مفتاح الخلاط. وبهذه المعلومة تستطيع أن تحسب بدقة التسارعات التي تخضع لها عيناتك باستعمال العلاقة المعطاة (في منتصف هذه الصفحة).

ولكي تختبر مثفِّلتك النابذة، ضع مليمترا واحدا من الحليب في كل من أنبوبي اختبار نظيفين، ثم املأهما حتى الحافة أحدهما بالماء والآخر بالخل (الحاوي 5 في المئة من حمض الخل). ضع العينتين في ثقبين متقابلين وبحيث يكون غطاءاهما داخل السدادة الدوّارة المصنوعة من المادة PVC، وتكون مفصلتاهما منسدلتين نحو الأسفل. (لا تدر المُثَفِّلة النابذة بتاتا وفيها أنبوب واحد من السائل فقط لأنها ستكون غير متوازنة.)

ضع الغلاف اللدْن الواقي، ودوّر الجهاز في وضعية السرعة الدنيا لمدة ثلاث دقائق، وعندما يصل الجزء الدوّار إلى حالة الوقوف التام، ارفع الغطاء، وأخرج الأنبوبين، ولاحظ ماذا يوجد في داخلهما. ستجد أن بياض الحليب قد ترقَّد في قعر الأنبوب الحاوي على الخل؛ وذلك لأن الحمض يخفض قيمة pH مما يجعل جزيئات بروتين الكازئين (الجبنين) تترسب وهي التي تعطي الحليب لونه الأبيض، وعندما تسكب المحلول المتبقي سيظل معك قرص صلب من البروتين الصافي ـ وهذا هو مؤشر (فيشة) يشهد لك بأنك دخلت عالم الكيمياء الحيوية الواسع.

للحصول على مزيد من المعلومات حول هذا المشروع وحول غيره من مشروعات هواة العلم يمكنك زيارة جمعية هواة العلم على الإنترنت عند الموقع:

www.thesphere.com/SAS

ويمكنك الكتابة أيضا إلى الجمعية على العنوان التالي:

Society for Amateur Scientist Clairemont Square4735 Suite 179, San Diego Ca 92117

أو الاتصال بالهاتف 8807- 239(619)

أو ترك رسالة على الهاتف 8767 – 873 (800)

المورِّدان

Fisher Scientific

http://www.fisher1.com

or (973) 467-6400 7000 – 766 (800)

(800) 926-1166 (fax)

Catalogue no. 05-406-22

tubes for $14.06600

Scientific Supply Source

15201 E. Moncrieff Pl., Suite C

Aurora, CO 80011

or (303) 375-1664 8775–377 (800)

Catalogue no. 265-1550

tubes for $13.95500