L'appareillage de laboratoire

« pour certains des analytes du mélange (par exemple, dans le cas d'une chromatographie d'échanges d'ions, des particules de charge opposée à celle que l'on souhaite isoler).

Ces derniers sont donc retenus dans la colonne, tandis que le reste de l'échantillon est élué à l'extérieur.

• La chromatographie sur couche mince est surtout utilisée à des lins d'analyse.

La phase stationnaire est une mince couche de gel de silice, de cellulose ou d'oxyde d 'aluminium, fixée sur une plaque de verre, de plastique ou d'aluminium.

Une petite quantité du mélange à séparer est déposé sur la phase stationnaire, laquelle est ensuite mise verticalement au contact de l'éluant (qui peut être un solvant ou un mélange de solvants).

L'éluant migre de bas en haut par capillarité, le long de la phase fixe ; il entraîne et donc, sépare, les constituants du mélange.

• La chromatographie en phase gazeuse est utilisée pour analyser des échantillons gazeux ou capables d'être vaporisés.

À l'aide d'un injecteur, le gaz est introduit dans une longue colonne très fine (on parle de« colonne capillaire,;) contenant la phase stationnaire ; celle-ci peut-être un liquide -il s'agit alors d'une chromatographie de partage -ou bien un solide dans le cas d'une chromatographie d'adsorption.

L'échantillon est élué à l'aide d'un gaz dit« vecteur », qui peut être de l'hélium, de l'argon, de l'azote ou de l'hydrogène .

Le mélange échantillon­ éluant (ou éluat) est ensuite analysé par un détecteur à ionisation de flamme, dans lequel une flamme transforme les composés organiques en particules chargées (ou ions) .

Ceux-ci sont récupérés par deux électrodes entre lesquelles est appliquée une différence de potentiel.

Le courant électrique obtenu est ensuite analysé grâce à un logiciel spécialisé.

Le spectrographe de masse Enfin, la chimie bénéficie également d'un appareil qui permet les analyses les plus fines : le spectrographe de masse.

Il permet de ioniser une molécule qui, ayant perdu un électron, devient donc positivement chargée.

Elle est ensuite scindée en plusieurs autres ions plus ou moins chargés, lesquels sont accélérés par un champ électrique avant d'être déviés par un champ magnétique.

Ils sont recueillis sur la plaque d'un collecteur et, leur déviation étant proportionnelle au quotient de leur masse par leur charge, les ions de même type percutent la plaque au même endroit (sachant que, plus il y a d'ions similaires à un endroit et plus le signal est intense).

Le résultat est traduit informatiquement sous la forme d'une succession de pics, ou spectre de masse ; chaque pic représente un ion et indique son abondance relative dans l'échantillon de base.

l'APPAREILLAGE EN BIOLOGIE L'appareillage de laboratoire utilisé en biologie est, dans les grandes lignes , le même que celui utilisé en chimie , notamment au niveau de la verrerie.

La chromatographie est également utilisée, surtout celle en phase liquide (ainsi, la fixation de groupement poly-thymidine sur les microbilles de résine de la phase stationnaire permet de retenir les queues de poly-alanine des ARN messagers par exemple).

Cependant , l'étude des protéines , lipides, glucides et autres acides aminés nécessite l'usage d 'outils spécialisés .

C'est notamment le cas de ceux permettant de travailer avec de très petites quantités de matière .

APPAIIEIUAGE ADAP11 AUX PUITIS QUANTITtS • les pipettes Pasteur : elles sont fabriquées par l'expérimentateur lui­ même, à l'aide d'un capillaire de verre dont les extrémités sont étirées tandis que le centre est chauffé dans une machine spéciale, ou étireuse.

Cela permet d'obtenir des pipettes dont la pointe est suffisamment étroite pour être posée à même la membrane des cellules.

Elles sont utilisées en électrophysiologie, dans le cadre de la technique de « patch-clamp », afin d'aspirer de minuscules portions de cette membrane ; elles servent également en biologie moléculaire où elles permettent d'injecter des fragments d'ADN dans des pores cellulaires ouverts par électroporation ; • les pipettes automllliques : munies --- --• d'un piston, elles servent à prélever un volume défini de réactif, parfois aussi faible qu'un millionième de litre.

caractérisée par une contenance minimale (en dessous de laquelle le prélèvement devient imprécis) et par une contenance maximale.

En fonction de cette dernière, elles sont d'ailleurs nommées PlO, P200, PlOOO, etc.

(ainsi, la PlOOO peut prélever de 200 à 1000 ~L).

Le réglage du volume à pipeter est effectué à l'aide d'une molette.

Contrairement aux pipettes classiques, elles ne doivent surtout pas être contaminées par le liquide qu'elles prélèvent.

Pour cette raison, leur pointe est au préalable enfoncée dans un embout jetable (ou« cône»), lequel est seul à contenir le réactif et dont on se débarrasse ensuite à l'aide d'un système d 'éjecteur ; • le tube Eppendorf : il s'agit d'un petit tube à essais de forme conique, réalisé en matière plastique et fermé par un couvercle auquel il demeure relié par une languette ; ce couvercle peut donc facilement être ouvert et fermé avec le seul pouce, le tube étant tenu par l'index et le majeur.

Sa contenance est généralement d'l,S ml, mais il en existe de 1 ml, utilisés dans l'analyse par PCR .

Lfs MICROSCOPES Par ailleurs, différentes sortes de microscopes (du grec mikros, petit , et skopein, observer) permettent aux biologistes d'appréhender l'infra-visible.

• Le microscope photonique est le plus simple, il est également le plus connu.

Il se compose d'un tube nommé oculaire, contenant plusieurs lentilles, et fixé sur un socle, ou « potence ».

Des objectifs (soit d'autres lentilles de grossissements différents), montés sur une plaque tournante, sont adaptés en amorces et l'enzyme.

Selon les modèles dessous de l'oculaire .

Ces objectifs de thermocycler, les tubes peuvent ou surmontent une platine , laquelle est non être chapeautés par un couvercle .

une plate-forme supportant Le bloc chauffe les tubes à des l'échantillon à températures successives: observer.

Celui- -environ 95 oc pour séparer les brins ci est monté de la double hélice d'ADN, entre une lame et une lamelle de verre, et il est éclairé par une lampe située en dessous de la platine, la lumière passant à travers un orifice aménagé dans cette dernière.

• Le microscope confocal utilise un laser comme source d'éclairement il permet de reconstituer des images tridimensionnelles de l'échantillon en positionnant le plan focal à des profondeurs successives de celui-ci.

On obtient ainsi une vision « en tranches » de l'échantillon,« tranches» qu'un ordinateur assemble ensuite en une image globale.

De plus, en provoquant la fluorescence d'anticorps traités de façon spécifique et dirigés contre certaines structures protéiques (par exemple, des protéines du cytosquelette), le microscope confocal permet de visualiser lesdites structures à l'intérieur même de l'échantillon .

• Le microscope électronique à transmission fonctionne sur le même principe que son homologue photonique, sauf que les rayons lumineux sont remplacés par des électrons.

Il peut agrandir jusqu'à un million de fois l'image d'un objet.

Il se présente sous la forme d 'une tour montée au dessus d'une plaque photographique .

Les électrons sont produits par chauffage d'un filament de tungstène ou d'un cristal d'hexaborure de lanthane.

Ils sont ensuite accélérés, puis focalisés vers l'échantillon à l'aide de lentilles magnétiques.

Ils traversent l'échantillon, lequel les absorbe plus ou moins , selon son épaisseur et sa densité.

Ils vont ensuite impressionner la plaque photographique .

Cette technique nécessite des échantillons très fins, et préalablement déshydratés.

• Le microscope électronique à balayage permet d'obtenir des images en trois dimensions, présentant une très haute résolution de la surface de l'échantillon.

Les électrons balaient l'échantillon, lequel émet alors des électrons secondaires qui sont collectés et analysés.

Sa résolution peut atteindre 7nm.

ÉTUDES DES ACIDES NUCUIQUES fi DES PROTtiNES Les molécules telles que les acides nucléiques ou les protéines sont étudiées, entre autres, à l'aide des appareils suivants : ·Chaque molécule d'ADN peut être répliquée de façon exponentielle par la méthode de PCR (pour Polymerisation Chain Reaction).

Celle-ci, qui fait appel à l'enzyme Taq polymerase , a lieu dans un appareil de petite taille nommé un thermocycler.

Ce dernier possède un bloc muni de petits trous, dans lesquels sont insérés des tubes eppendorfs , d'une contenance maximale de 1 ml.

Ils renferment l'ADN à répliquer, des désoxy-ribo-nucléotides (constituants des futurs ADN synthétisés), des -une température propre aux amorces, qui leur permet de s'hybrider avec l'ADN (généralement entre 50 et 70 oc), -12 oc.

qui est la température dite «d 'élongation» , à laquelle l'enzyme fonctionne.

Ce cycle est répété un nombre de fois programmé par l'expérimentateur.

·Les fragments d'ADN ou d'ARN, ou encore les protéines, sont séparés les uns des autres en fonction de leur taille dans une cwe d'é/ectro­ pllorèse.

Celle-ci est un récipient parallélé­pipédique muni d'une électrode à chacune de ses extrémités.

Un gel réticulé (généralement de l'agarose dans le cas des acides nucléiques, ou du polya-crylamide dans le cas des protéines) est coulé dans la cuve, puis recouvert par un liquide, le tampon de migration.

Des puits sont pratiqués à une extrémité du gel, dans lesquels sont déposés les échantillons.

Les électrodes étant connectées à un générateur, les molécules migrent dans le gel en direction de l'anode.

En fonction de leur taille, elles sont freinées par les réticulations du gel, aussi les plus petites migrent-elles le plus vite et le plus loin.

Les cuves à électrophorèses réservées aux acides nucléiques sont horizontales, tandis que celles consacrées aux protéines sont verticales.

ÉTUDE DES CEUULES VIVANTES Les cellules vivantes , qu'il s'agisse de bactéries , de cellules cancéreuses ou de cellules isolées à partir d'un organe , sont étudiées à l'aide des outils suivants .

• La boite de Pétri (inventée en 1887 par Julius Pétri) :c'est une boîte circulaire munie d'un rebord de faible hauteur, ainsi que d'un couvercle.

De taille variable, elle contient un milieu nutritionnel (une gélose ou bien un liquide) permettant la survie el/ou le développement des cellules.

• L'incubateur: c'est une étuve en acier inoxydable, utilisée pour maintenir en vie les cellules et leur permettre de se développer.

Sa température est réglable, de même que son taux d'humidité (ou hygrométrie) et son taux de C02.

Il contient des étagères amovibles, sur lesquelles sont posées les boîtes de culture .

Il peut également être équipé de lampes, afin de permettre le développement de cellules végétales.

• La hotte à flux laminaire : il s'agit d'un meuble clos, muni d 'une vitre et d'un système de filtration de l'air .

Elle permet de manipuler des échantillons dans des conditions stériles.

Elle peut être équipée d'une lampe à UV, afin de détruire les contaminations par des bactéries.

L'air peut être soufflé, soit horizontalement soit verticalement.

Enfin, les courants électriques transmembranaires des cellules sont étudiés à l'aide d'un appareillage de patch-clamp.

Celui-ci consiste en une électrode de verre remplie d'une solut ion conductrice ; elle est manœuvrée par un micromanipulateur qui permet de la déposer contre la surface d'une cellule .

Cette électrode est reliée à un ordinateur qui impose un potentiel électrique afin d'enregistrer ensuite le courant transmembranaire, selon le principe de la loi d'Ohm U;RJ (U étant la tension, 1 l'intensité du courant et R la résistance de la pipette) .

l'APPAREILLAGE EN PHYSIQUE À côté des instruments de base tels que des ampèremètres, des voltmètres, des amplificateurs opérationnels et autres condensateurs, les laboratoires de phys ique peuvent également être dotés d'appareils de résonance magnétique nucl éaire.

Celle-ci consiste à exposer les noyaux des atomes à un champ magnétique, et elle permet une étude poussée de la structure des espèces organiques et inorganiques.

Par ailleurs, certains laboratoires possèdent des appareils spécialisés dans la séparation des isotopes.

Ce sont : • le distillateur : les isotopes les plus légers, dont le point d'ébullition est le plus faible , sont recueillis dans la vapeur émise.

Ce principe est dit « séparation par distillation fractionnée » ; • la cuve à électrolyse : elle est utilisée pour obtenir du deutérium, un isotope de l'hydrogène.

Elle consiste en une cuve à eau, dans laquelle on fait circuler un champ électrique.

L'isotope le plus léger de l'hydrogène s'évapore alor s, et l'eau est enrichie en deutérium, plus lourd ; • le spectromètre de masse : il permet une séparation électromagnétique des isotopes de masses différentes (par exemple, les isotopes 235 et 238 de l'uranium), selon le même principe que celu i utilisé pour les analyses chimiques; •l'ultracentrifugeuse : elle peut atteindre des accélération de l'ordre de 50000 à 75000 rotations par minutes (soit jusqu'à 300 000 g).

Afin d'éviter la surchauffe du rotor , elle est munie d'un système de réfrigération et de pompe à vide (assurant une faible pression) .

La vitesse de rotation est telle que les isotopes les plus lourds sont progressivement projetés en périphérie ; • le laser : il ionise l'isotope préalablement vaporisé, lequel est collecté sur des plaques chargées négativement.

Enfin, certains laboratoires possèdent des accélérateurs de particules, qui servent à diverses fonctions, dont la recherche fondamentale.

Ils accélèrent des particules chargées (protons , électrons ..

.

) grâce à des champs magnétiques ou électriques, dans le but d'étudier le résultat de leur collision .. »