Пипетирование является основным элементом любой химической или медико-биологической лаборатории и может варьироваться от ручного одноканального пипетирования до полностью автоматизированного многоканального роботизированного дозирования жидкостей.Несмотря на то, что существуют десятки различных методов работы с жидкостями, используемых для широкого спектра применений, и множество других вариантов инструментов, доступных на рынке, двумя наиболее распространенными основными принципами перекачивания небольших объемов жидкости являются вытеснение воздухом и пипетирование с положительным вытеснением.
Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, которые следует учитывать при покупке нового инструмента или устройства;важно знать преимущества и недостатки обоих подходов при рассмотрении решений для потребностей вашей лаборатории в работе с жидкостями.
Принцип пипетирования с вытеснением воздуха
В пипетке с вытеснением воздухом, также известной как пипетка с воздушной подушкой, поршень сначала перемещается вниз, чтобы выпустить определенный объем воздуха в зависимости от настройки объема инструмента.Когда поршень снова поднимается, создается частичный вакуум и в пипетку всасывается тот же объем жидкости.Воздушная подушка отделяет поршень от жидкости, поэтому они никогда не вступают в прямой контакт.Для дозирования жидкости поршень снова опускается, и воздух выталкивает жидкость из кончика пипетки.Часто поршень опускается до конечного положения, чтобы «выдуть» или «выдуть» остатки жидкости из наконечника.
Принцип пипетирования с положительным вытеснением
Пипетирование с положительным вытеснением основано на прямом контакте между поршнем и перекачиваемой жидкостью.Когда поршень поднимается на определенное расстояние, в зависимости от настройки объема, жидкость заполняет точный объем кончика капилляра между головкой поршня и концом наконечника, без воздуха между ними.Обычно используются специальные одноразовые насадки, в которые встроен поршень, чтобы избежать загрязнения инструмента.Когда жидкость распределяется, плотно прилегающий поршень вытесняет всю жидкость, и нет необходимости в этапе продувки.
Когда использовать пипетки с вытеснением воздухом или пипетки с положительным вытеснением
Пипетки с вытеснением воздухом обеспечивают высокую точность работы во многих рутинных операциях с жидкостями;их лучше всего использовать для работы с водными растворами и другими невязкими жидкостями в условиях окружающей среды.Насадки, используемые для вытеснения воздухом, относительно недороги и их легче заменить по сравнению со специализированными наконечниками с капиллярными поршнями, используемыми для принудительного вытеснения.Таким образом, вытеснение воздухом является эффективным как по времени, так и по затратам для применений, не связанных с «сложными» жидкостями.
Пипетки, в которых для точного отбора и дозирования жидкости используется вытеснение воздуха, могут столкнуться с проблемами в нескольких различных сценариях.Во-первых, температура жидкости может повлиять на объем воздушной подушки и, таким образом, привести к всасыванию неточного количества жидкости.Когда температура жидкости ниже температуры окружающей среды, воздушная подушка может сжаться, что приведет к непреднамеренному перерасходу раствора;И наоборот, жидкости, температура которых превышает температуру окружающей среды, могут расширить воздушную подушку и привести к недостаточной подаче.Пипетки с положительным вытеснением могут обеспечить более точное пипетирование образцов, требующих температуры замерзания, например, ферментов рестрикции, или тех, которые обрабатываются при более высоких температурах, например, культур клеток млекопитающих или растворов полимеразной цепной реакции (ПЦР).1
Другой сценарий, для которого хорошо подходят поршневые пипетки, — это работа с высоковязкими жидкостями.Вязкие жидкости, такие как глицерин, жиры, масла, смолы и белковые растворы, могут прилипать к кончику пипетки и не дозироваться полностью;эти жидкости также могут образовывать пузырьки воздуха при слишком быстром всасывании в пипетку с воздушной подушкой, что приводит к недостаточной подаче.2 При прямом контакте между поршнем и раствором вязкие растворы могут быть набраны в точных объемах, и весь объем полностью вытесняется поршень скользит по стенкам капиллярного цилиндра.
Летучие жидкости, такие как ацетон и метанол, могут быть затруднены при дозировании с использованием методов вытеснения воздухом из-за испарения и утечки.3 Испарение в воздушную подушку проблематично не только из-за неточности в дозируемом объеме жидкости, но также из-за загрязнения устройства для пипетирования. , особенно когда речь идет о коррозионных или опасных растворах.Пипетки прямого вытеснения уменьшают проблему испарения и утечек, а также предотвращают загрязнение или повреждение устройства для пипетирования благодаря использованию герметичного одноразового поршня.
Методы перемещения в роботизированной обработке жидкостей
Автоматизированное обращение с жидкостями предлагает множество преимуществ по сравнению с ручным пипетированием, не последними из которых являются увеличение пропускной способности, большая точность, а также снижение нагрузки на руки и монотонности для персонала лаборатории.Рассмотрение метода(ов) вытеснения, используемого роботизированными системами обработки жидкостей, может помочь в принятии решения при инвестировании в один из этих рабочих инструментов.В этих машинах обычно используется вытеснение воздуха, поскольку автоматизация помогает устранить некоторые недостатки этого метода за счет повышения постоянства скорости/техники пипетирования и возможностей мониторинга давления, чтобы гарантировать, что всасываются и распределяются точные объемы жидкости.Использование легко заменяемых одноразовых насадок для методов вытеснения воздухом также обеспечивает эффективность автоматизированных операций и отсутствие загрязнений.
Однако автоматизированные системы, использующие вытеснение воздуха, могут столкнуться с теми же проблемами, что и традиционные пипетки, при работе с «сложными» жидкостями различной температуры, вязкости и летучести.Несмотря на то, что роботы для работы с жидкостями, поддерживающие положительное вытеснение, менее широко доступны и требуют более высоких затрат на расходные материалы, они могут стать достойной инвестицией для лабораторий, которые часто работают со сложными типами образцов, такими как вязкие мастер-миксы ПЦР или белковые растворы.
Третий вариант – вытеснение жидкостью, который представляет собой метод, в котором вместо воздушной подушки используется системная жидкость, управляемая электромагнитным клапаном, для забора и дозирования точных объемов пробы жидкости.4 Жидкость менее сжимаема, чем воздух, что приводит к к меньшему количеству ошибок, особенно при дозировании очень малых объемов, а также этот метод можно использовать с фиксированными насадками, а не с одноразовыми, что экономит затраты на расходные материалы.Системную жидкость можно использовать для промывки фиксированных насадок и удаления загрязнений, хотя одноразовые насадки по-прежнему можно использовать для дальнейшего предотвращения загрязнения.Одной из проблем, связанных с вытеснением жидкости, является смешивание рабочей жидкости с жидкостью пробы, но это можно ограничить, разделив две жидкости небольшим пузырьком воздуха или несмешивающейся жидкостью.Некоторые инструменты предлагают возможность переключения между методами вытеснения с использованием различных модулей или сменных пипетирующих головок, что обеспечивает максимальную гибкость для адаптации системы к конкретным приложениям.
