Technischer Vergleich von Luftpipettieren und Direktverdrängungspipettieren

Pipettieren ist ein Grundbestandteil jedes Chemie- oder Biowissenschaftslabors und kann vom manuellen Einkanalpipettieren bis zum vollautomatischen Mehrkanal-Roboter-Liquid-Handling reichen.Zwar gibt es Dutzende verschiedener Liquid-Handling-Techniken für ein breites Anwendungsspektrum und viele weitere Instrumentenoptionen auf dem Markt, doch zwei der gängigsten Grundprinzipien für die Übertragung kleiner Flüssigkeitsmengen sind Luftverdrängung 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 Flüssigkeitshandhabungsanforderungen Ihres Labors in Betracht ziehen.

Prinzip des Luftverdrängungspipettierens

Bei einer Luftverdrängungspipette, auch Luftpolsterpipette genannt, wird der Kolben zunächst nach unten bewegt, um abhängig von der Volumeneinstellung des Instruments ein bestimmtes Luftvolumen abzugeben.Beim erneuten Anheben des Kolbens entsteht ein Unterdruck und die gleiche Flüssigkeitsmenge wird in die Pipette gesaugt.Ein Luftpolster trennt den Kolben von der Flüssigkeit, sodass die beiden nie in direkten Kontakt kommen.Um die Flüssigkeit abzugeben, senkt sich der Kolben wieder ab und die Luft drückt die Flüssigkeit aus der Pipettenspitze.Häufig wird der Kolben weiter bis zu einer Endanschlagsposition abgesenkt, um etwaige Restflüssigkeit aus der Spitze zu „ausblasen“ oder zu „spülen“.

Prinzip des Direktverdrängungspipettierens

Beim Direktverdrängungspipettieren kommt es auf den direkten Kontakt zwischen dem Kolben und der zu übertragenden Flüssigkeit an.Wenn der Kolben je nach Volumeneinstellung um eine bestimmte Distanz angehoben wird, füllt die Flüssigkeit 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.Bei der Flüssigkeitsabgabe verdrängt der dicht schließende Kolben die gesamte Flüssigkeit und es ist kein Ausblasen 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 einfacher zu wechseln als die speziellen Kapillarkolbenspitzen für die positive Verdrängung.Daher ist die Luftverdrängung für Anwendungen, bei denen es sich nicht um „schwierige“ Flüssigkeiten handelt, sowohl zeit- als auch kosteneffizient.

Pipetten, die zur präzisen Aufnahme und Abgabe von Flüssigkeiten auf Luftverdrängung angewiesen sind, können in verschiedenen Situationen auf Probleme stoßen.Zum einen kann sich die Temperatur der Flüssigkeit auf das Volumen des Luftpolsters auswirken und so zur Ansaugung ungenauer Flüssigkeitsmengen führen.Wenn die Flüssigkeit kälter als die Umgebungstemperatur ist, kann das Luftpolster schrumpfen, was zu einer unbeabsichtigten Überdosierung der Lösung führt;Umgekehrt können Flüssigkeiten, die heißer als die Umgebungstemperatur sind, das Luftpolster ausdehnen und zu einer Unterförderung führen.Pipetten mit positiver Verdrängung können eine genauere Pipettierung für Proben ermöglichen, 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 der Umgang mit hochviskosen Flüssigkeiten.Viskose Flüssigkeiten wie Glycerin, Fette, Öle, Harze und Proteinlösungen können dazu neigen, an der Pipettenspitze zu kleben und nicht vollständig abgegeben zu werden;Diese Flüssigkeiten können auch Luftblasen bilden, wenn sie in einer Luftpolsterpipette zu schnell angesaugt werden, was zu einer Unterförderung führt.2 Durch den direkten Kontakt zwischen Kolben und Lösung können viskose Lösungen in genauen Volumina aufgezogen werden und das gesamte Volumen wird vollständig verdrängt Der Kolben gleitet gegen die Wände des Kapillarzylinders.

Flüchtige Flüssigkeiten wie Aceton und Methanol können aufgrund von Verdunstung und Undichtigkeit mit Luftverdrängungsmethoden schwierig zu pipettieren sein.3 Die Verdunstung in das Luftpolster ist nicht nur aufgrund der Ungenauigkeit des abgegebenen Flüssigkeitsvolumens, sondern auch aufgrund einer Kontamination des Pipettiergeräts problematisch , insbesondere wenn es sich um ätzende oder gefährliche Lösungen handelt.Direktverdrängungspipetten reduzieren das Problem der Verdunstung und Leckage und verhindern durch die Verwendung eines versiegelten Einwegkolbens eine Kontamination oder Beschädigung des Pipettiergeräts.

Verdrängungsmethoden in der robotergesteuerten Flüssigkeitshandhabung

Das automatisierte Liquid Handling bietet viele Vorteile gegenüber dem manuellen Pipettieren, nicht zuletzt einen höheren Durchsatz, eine höhere Präzision sowie eine geringere Belastung und Monotonie der Hände für das Laborpersonal.Die Berücksichtigung der von Roboter-Liquid-Handling-Systemen verwendeten Verdrängungsmethoden kann bei der Entscheidungsfindung bei der Investition in eines dieser Arbeitsgeräte hilfreich sein.In diesen Maschinen wird häufig Luftverdrängung eingesetzt, da die Automatisierung dazu beiträgt, einige Fallstricke dieser Methode zu beseitigen, indem die Pipettiergeschwindigkeit/-technik und die Drucküberwachungsfunktionen konsistenter werden und so sichergestellt wird, dass genaue Flüssigkeitsvolumina angesaugt und abgegeben werden.Durch die Verwendung leicht austauschbarer Einwegspitzen für Luftverdrängungsmethoden bleiben auch automatisierte Abläufe effizient und kontaminationsfrei.

Bei automatisierten Systemen mit Luftverdrängung können jedoch bei der Arbeit mit „schwierigen“ Flüssigkeiten unterschiedlicher Temperatur, Viskosität und Flüchtigkeit die gleichen Probleme auftreten wie bei herkömmlichen Pipetten.Liquid-Handling-Roboter, die die positive Verdrängung unterstützen, sind zwar weniger weit verbreitet und mit höheren Verbrauchskosten verbunden, können aber eine lohnende Investition für Labore sein, die häufig schwierige Probentypen wie viskose PCR-Mastermixe oder Proteinlösungen verarbeiten.

Eine dritte Option ist die Flüssigkeitsverdrängung, bei der es sich um eine Methode handelt, bei der Systemflüssigkeit, gesteuert durch ein Magnetventil, anstelle eines Luftkissens verwendet wird, um genaue Volumina an Probenflüssigkeit anzusaugen und abzugeben.4 Flüssigkeit ist weniger komprimierbar als Luft, was zur Folge hat Dies führt zu weniger Fehlern, insbesondere bei der Dosierung sehr kleiner Volumina, und diese Methode kann auch mit festen Spitzen anstelle von Einwegspitzen verwendet werden, was Kosten für Verbrauchsmaterialien spart.Systemflüssigkeit kann verwendet werden, um die festen Spitzen zu waschen und Verunreinigungen auszuspülen. Einwegspitzen sind jedoch immer noch eine Option, um Kontaminationen weiter zu verhindern.Ein Problem bei der Flüssigkeitsverdrängung ist die Vermischung der Arbeitsflüssigkeit mit der Probenflüssigkeit. Dies kann jedoch durch die Trennung der beiden Flüssigkeiten durch eine kleine Luftblase oder eine nicht mischbare Flüssigkeit begrenzt werden.Einige Instrumente bieten die Möglichkeit, mithilfe verschiedener Module oder austauschbarer Pipettierköpfe zwischen Verdrängungsmethoden zu wechseln, was maximale Flexibilität bietet, das System an bestimmte Anwendungen anzupassen.