Technischer Vergleich von Luftpipettieren und Pipettieren mit positiver Verdrängung
Pipettieren ist ein Grundnahrungsmittel in jedem Chemie- oder Biowissenschaftslabor und kann von manuellem Einkanal-Pipettieren bis hin zu vollautomatischem Mehrkanal-Roboter-Liquid-Handling reichen. Während es Dutzende verschiedener Techniken zur Handhabung von Flüssigkeiten gibt, die für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, und viele weitere Instrumentenoptionen auf dem Markt erhältlich sind, sind zwei der häufigsten Grundprinzipien für den Transfer kleiner Flüssigkeitsmengen Luftverdrängungs- und Direktverdrängungspipettieren.
Jede Methode hat ihre eigenen Vor- und Nachteile, die bei der Investition in ein neues Instrument oder Gerät berücksichtigt werden sollten; Es ist wichtig, die Vor- und Nachteile beider Ansätze zu kennen, wenn Sie Lösungen für die Liquid-Handling-Anforderungen Ihres Labors in Betracht ziehen.
Prinzip des Luftverdrängungspipettierens
Bei einer Luftpolsterpipette, auch Luftpolsterpipette genannt, wird der Kolben zunächst nach unten bewegt, um je nach Volumeneinstellung des Instruments ein bestimmtes Luftvolumen freizusetzen. Beim erneuten Anheben des Kolbens entsteht ein Unterdruck und das gleiche Flüssigkeitsvolumen wird in die Pipette gesaugt. Ein Luftpolster trennt den Kolben von der Flüssigkeit, sodass die beiden niemals in direkten Kontakt kommen. Zum Abgeben der Flüssigkeit senkt sich der Kolben wieder und die Luft drückt die Flüssigkeit aus der Pipettenspitze. Häufig wird der Kolben weiter bis zu einer endgültigen Stoppposition abgesenkt, um jegliche Restflüssigkeit aus der Spitze „herauszublasen“ oder „auszuspülen“.
Prinzip des Direktverdrängungspipettierens
Das Pipettieren mit positiver Verdrängung beruht auf dem direkten Kontakt zwischen dem Kolben und der zu übertragenden Flüssigkeit. Wenn der Kolben um eine bestimmte Strecke ansteigt, füllt die Flüssigkeit basierend auf der Volumeneinstellung genau das Volumen der Kapillarspitze zwischen dem Kolbenkopf und dem Ende der Spitze, ohne Luft dazwischen. Typischerweise werden spezielle Einwegspitzen verwendet, bei denen der Kolben in der Spitze enthalten ist, um eine Kontamination des Instruments zu vermeiden. Wenn die Flüssigkeit abgegeben wird, verdrängt der eng anliegende Kolben die gesamte Flüssigkeit, und es ist kein Ausblasschritt erforderlich.
Wann sollten Luftverdrängungspipetten im Vergleich zu Direktverdrängungspipetten verwendet werden?
Luftverdrängungspipetten bieten eine hochpräzise Leistung für viele routinemäßige Liquid-Handling-Anwendungen; Sie eignen sich am besten für den Umgang mit wässrigen Lösungen und anderen nicht viskosen Flüssigkeiten unter Umgebungsbedingungen. Die für die Luftverdrängung verwendeten Spitzen sind relativ kostengünstig und im Vergleich zu den spezialisierten Kapillarkolbenspitzen, die für die positive Verdrängung verwendet werden, leichter zu wechseln. Daher ist die Luftverdrängung sowohl zeit- als auch kosteneffektiv für Anwendungen, bei denen es nicht um „schwierige“ Flüssigkeiten geht.
Pipetten, die zur präzisen Aufnahme und Abgabe von Flüssigkeiten auf die Verdrängung von Luft angewiesen sind, können unter verschiedenen Szenarien auf Probleme stoßen. Zum einen kann die Temperatur der Flüssigkeit das Volumen des Luftpolsters beeinflussen und somit zum Ansaugen ungenauer Flüssigkeitsmengen führen. Wenn die Flüssigkeit kälter als die Umgebungstemperatur ist, kann das Luftpolster schrumpfen, was zu einer unbeabsichtigten Überabgabe der Lösung führt; Umgekehrt können Flüssigkeiten, die heißer als die Umgebungstemperatur sind, das Luftpolster ausdehnen und zu einer Unterlieferung führen. Auf Direktverdrängung basierende Pipetten bieten ein genaueres Pipettieren für Proben, die Gefriertemperaturen erfordern, wie z. B. Restriktionsenzyme, oder solche, die bei höheren Temperaturen gehandhabt werden, wie z. B. Säugetierzellkulturen oder Polymerase-Kettenreaktionslösungen (PCR).1
Ein weiteres Szenario, für das Direktverdrängerpipetten gut geeignet sind, ist die Handhabung hochviskoser Flüssigkeiten. Viskose Flüssigkeiten wie Glyzerin, Fette, Öle, Harze und Proteinlösungen können dazu neigen, an der Pipettenspitze zu haften und nicht vollständig abgegeben zu werden; Diese Flüssigkeiten können auch Luftblasen bilden, wenn sie in einer Luftpolsterpipette zu schnell aufgenommen werden, was zu einer Unterabgabe führt.2 Durch den direkten Kontakt zwischen Kolben und Lösung können viskose Lösungen in genauen Volumina aufgezogen und das volle Volumen vollständig verdrängt werden der Kolben gleitet gegen die Wände des Kapillarzylinders.
Flüchtige Flüssigkeiten wie Aceton und Methanol können aufgrund von Verdunstung und Leckage mit Luftverdrängungsmethoden schwierig zu pipettieren sein.3 Die Verdunstung in das Luftpolster ist nicht nur aufgrund der Ungenauigkeit des abgegebenen Flüssigkeitsvolumens problematisch, sondern auch aufgrund der Verschmutzung des Pipettiergeräts , insbesondere wenn es sich um ätzende oder gefährliche Lösungen handelt. Direktverdrängungspipetten verringern das Problem der Verdunstung und Leckage und verhindern eine Kontamination oder Beschädigung der Pipettiervorrichtung aufgrund der Verwendung eines abgedichteten Einwegkolbens.
Verdrängungsmethoden im Robotic Liquid Handling
Automatisiertes Liquid Handling bietet viele Vorteile gegenüber manuellem Pipettieren, nicht zuletzt erhöhter Durchsatz, höhere Präzision und reduzierte Handbelastung und Monotonie für das Laborpersonal. Die Berücksichtigung der Verdrängungsmethoden, die von robotergestützten Liquid-Handling-Systemen verwendet werden, kann bei der Entscheidungsfindung bei der Investition in eines dieser Arbeitspferde-Instrumente hilfreich sein. In diesen Maschinen wird häufig Luftverdrängung verwendet, da die Automatisierung dazu beiträgt, einige Fallstricke dieser Methode durch eine erhöhte Konsistenz der Pipettiergeschwindigkeit / -technik und der Drucküberwachungsfähigkeiten zu beseitigen, um sicherzustellen, dass genaue Flüssigkeitsvolumina angesaugt und abgegeben werden. Die Verwendung von leicht austauschbaren Einwegspitzen für Luftverdrängungsmethoden hält auch automatisierte Operationen effizient und kontaminationsfrei.
Automatisierte Systeme, die Luftverdrängung verwenden, können jedoch auch mit den gleichen Problemen konfrontiert werden wie herkömmliche Pipetten, wenn sie mit „schwierigen“ Flüssigkeiten unterschiedlicher Temperatur, Viskosität und Flüchtigkeit arbeiten. Obwohl weniger weit verbreitet und mit höheren Verbrauchskosten, können Liquid-Handling-Roboter, die positive Verdrängung unterstützen, eine lohnende Investition für Labore sein, die häufig mit schwierigen Probenarten wie viskosen PCR-Mastermixen oder Proteinlösungen umgehen.
Eine dritte Option ist die Flüssigkeitsverdrängung, eine Methode, bei der anstelle eines Luftkissens Systemflüssigkeit verwendet wird, die von einem Magnetventil gesteuert wird, um genaue Volumina der Probenflüssigkeit anzusaugen und abzugeben.4 Flüssigkeit ist weniger komprimierbar als Luft, was dazu führt zu weniger Fehlern, insbesondere bei der Abgabe sehr kleiner Volumina, und diese Methode kann auch mit festen Spitzen anstelle von Einwegspitzen verwendet werden, was Verbrauchskosten spart. Systemflüssigkeit kann verwendet werden, um die festen Spitzen zu waschen und Verunreinigungen auszuspülen, obwohl Einwegspitzen immer noch eine Option sind, um eine weitere Kontamination zu verhindern. Ein Problem bei der Flüssigkeitsverdrängung ist die Mischung der Arbeitsflüssigkeit mit der Probenflüssigkeit, aber dies kann begrenzt werden, indem die beiden Flüssigkeiten mit einer kleinen Luftblase oder einer nicht mischbaren Flüssigkeit getrennt werden.