环顾任何研究领域、行业或医院实验室,移液器的身影到处可见。这些看似无害的设备让几乎每一个实验平台都增色不少。它们几乎对所有的实验室方案都是必不可少的,在现代生物科学和生物技术中起着至关重要的作用。它们的必要性在科学界由来已久,但如果不是Eppendorf开创了精准移液的时代,我们是否还是需要口吸移液呢?
如果我们回到18 世纪,我们可以找到最早的现代移液器的前身;由法国化学家、药剂师和发明家Francois Descroizilles开发的berthollimetre和alcalimetre1。后来人们对这些早期设计进行了一些轻微的修改,并于1824年创造了移液器这个术语1,然而,直到20世纪50年代,移液器的样式才开始真正类似于我们今天所知的移液器。
目前普遍认为Heinrich Schnitger是微量移液器的最初设计者,他于1957年加入Marburg大学生理化学研究所的一个研究小组,在那里,他很快对口腔移液的不足感到沮丧2,这一种技术,使用者需要用口腔将液体吸入细玻璃管中。这些移液器需要定期用硫酸等危险化学物质清洗,而且有传闻称,口腔移液会摄入有害物质,包括伤寒病菌3 甚至钚4。Schnitge从实验室短暂消失仅仅几天后,就带着一个能够等分微升体积的自制工具回来了。该工具现在被广泛称为“Marburg”移液管,它由一个再利用的结核菌素注射器组成,在活塞上安装了一个弹簧,该弹簧与向上的挡块相遇以确定体积。除了用聚乙烯吸头代替注射器针头之外,Schnitger还设计了通过空气缓冲将液体从注射器活塞中分离出来,并存于聚乙烯吸头2的工具。
Schnitger在微量移液管研究中的作用还没有结束。他在Marburg大学的导师很快意识到Schnitger发明的重要性,相应地减少了他的研究职责,并鼓励他继续从事创新工作。继引入第二个同轴弹簧(让用户可移出最后一滴液体)以及其他一些小的修改之后,Schnitger于1957年5月3日在德国申请了专利。将近四年后,1961年4月24日,他的专利申请终于被批准。该专利不仅描述了现代移液器的所有基本特征,还阐述了如何减少环境温度造成的误差,以及移液变量所需的机械原理2。
Eppendorf 是第一个认识到Schnitger发明的重要性,他们的工程师Wilhelm Bergmann继续投资并进一步完善这项发明。Amongst Bergmann的改进包括更好的操作方式和用聚丙烯 (PEP) 代替聚四氟乙烯作为吸头。1961年Eppendorf推出了第一个商用活塞冲程移液器。Bergmann不仅在将活塞冲程移液器推向市场方面发挥了关键作用,而且他设计了第一个成功的用于处理微量液体的一次性试管(“Eppi®”)。
移液器的持续全球传播带来了新的挑战并激发了新的设计。例如,最初的移液器采用气体活塞式,虽然对于大多数应用来说精度很高,但会受到温度和大气压力以及溶液的粘度、挥发性和表面张力的影响。因此,Eppendorf设计了外置活塞式移液器。与气体活塞式移液器不同,外置活塞式移液器不会将活塞集成在移液器内。相反,活塞作为专用一次性吸头的一部分,并与液体直接接触。
外置活塞式移液器中没有空气缓冲,这确保了液体特性不会影响准确度,使其成为处理特殊液体时的理想选择。Multipette®/Combitips® 系统,由Eppendorf于1978年首次发布,这是第一个允许用户一次吸液并多次分液的仪器,可进行高效液体处理,也是许多实验室处理孔板或样品管系列移液的主要工具。当前的Multipette/Repeater 型号在Eppendorf产品组合中,是非常经典的外置活塞式移液器,在结合了移液器技术创新的同时,还保留了其前辈产品的高品质。
自Eppendorf推出第一个商用活塞冲程移液器以来,令人难以置信的60年已经过去;这是一个从根本颠覆创新的工具。这意味着Eppendorf的基因已经深深扎根于此后制造的每一支移液器中。然而,故事并没有到此结束,Eppendorf致力于提供完整液体处理解决方案 ,不断创新设计,使实验室成为更高效、更安全、环境更友好的地方!
References
1. Origins of the Pipette: Why Today’s Scientists Don’t Need to Use Their Mouths – The Incubator. http://incubator.rockefeller.edu/origins-of-the-pipette-why-todays-scientists-dont-need-to-use-their-mouths/.
2. Klingenberg, M. When a common problem meets an ingenious mind. EMBO Reports vol. 6 797–800 (2005).
3. Phillips, G. B. & Bailey, S. P. Hazards of Mouth Pipetting * 1190.
4. Lawrence Bartell’s Interview | Manhattan Project Voices. https://www.manhattanprojectvoices.org/oral-histories/lawrence-bartells-interview.