연구실, 산업 연구실 또는 병원 연구소에서 피펫 을 어렵지 않게 볼 수 있습니다. 피펫이 없는 연구실 데스크를 찾기 힘들 정도입니다. 피펫은 현대 생명과학과 생명공학 실험의 필수품입니다. 과학계에서 피펫을 꼭 사용해야 하는데 Eppendorf에서 최신 정밀 피펫팅 기술을 개발하지 않았다면 아직도 구강 피펫팅을 사용하고 있지 않을까요?
입을 사용하는 피펫팅의 위험성
현대방식의 피펫팅은 18세기에 시작되었습니다. 프랑스의 화학자이자 약사 겸 발명가인 Francois Descroizilles가 오늘날의 피펫인 베르톨리미터와 알칼리미터의 원형을 개발했습니다1. 나중에 Joseph-Louis Gay Lussac이 초기 디자인을 살짝 변형하였고, 1824년에 피펫이란 용어를 만들었습니다.1 현재의 피펫과 비슷한 제품은 1950년대가 되어서야 나왔습니다.
자타공인 마이크로피펫의 최초 개발자로 평가받는 2Heinrich Schnitger는 1957년 마르부르크 대학의 생리 화학 연구소에서 근무하기 시작한 후 입으로 유체를 얇은 유리관으로 흡입하는 기술인 구강 피펫팅에 문제가 있다고 생각했습니다. 당시의 피펫은 황산과 같은 유해 화학 물질로 세척하는 경우가 많았을 뿐 아니라 입을 사용하는 피펫팅을 통해 유해 물질 심지어는 3플루토늄4을 입으로 흡입하기도 했습니다. Schnitger는 며칠 휴가를 얻은 후 마이크로리터 단위로 분취할 수 있는 도구를 직접 만들었습니다. 현재 '마르부르크' 피펫으로 알려진 이 도구는 투베르쿨린 주사기를 변형하여 만들었으며, 분취량 조절에 사용되는 스프링이 장착되어 있습니다. 주사기 바늘이 폴리에틸렌 팁으로 바뀌고, 공기 버퍼를 통해 주사기 피스톤에서 액체가 분리되어 폴리에틸렌 팁에만 머물도록 제작되었습니다2.
Schnitger는 마이크로피펫을 개선하기 위해 계속 노력했습니다. 마르부르크 대학에서 Schnitger의 상사는 피펫의 가치를 깨닫고 제품 개발에 힘쓰도록 Schnitger의 연구 부담을 줄여주었습니다. Schnitger는 마지막 한 방울까지 배출할 수 있는 두 번째 동축 스프링을 적용하고 일부 기능을 개선한 새 모델을 1957년 5월 3일에 독일에서 특허 신청했습니다. 그리고 거의 4년 후인 1961년 4월 24일에 특허 출원이 최종 승인되었습니다. 최종 특허 내용에는 오늘날 피펫의 모든 필수 기능뿐 아니라 주변 온도로 인한 오류를 줄이기 위한 아이디어와 다양한 분취량 피펫팅에 필요한 역학 구조에 대한 개요가 나와 있습니다2.
Eppendorf 는 Schnitger 모델의 중요성을 최초로 알아본 기업이며, Wilhelm Bergmann 엔지니어가 제품 개발에 몰두했습니다. Bergmann은 액체를 처리하는 tip을 테플론에서 폴리프로필렌(PEP)으로 대체하는 모델을 개발했습니다. 그리고 1961년에는 Eppendorf에서 최초의 상업용 피스톤 스트로크 피펫을 출시했습니다. Bergmann은 피스톤 스트로크 피펫 출시 뿐 아니라 마이크로리터 분취에 적합한 일회용 튜브('Eppi®') 를 개발 및 출시하는 과정에서 중요한 역할을 한 것으로 알려져 있습니다.
과학 분야에 센세이션을 일으킨 Eppendorf 마이크로리터 시스템은 피스톤 스트로크 피펫 , 마이크로필터 원심분리기 , 열 믹서 와 일회용 튜브 로 구성되어 있습니다. Schnitger는 안타깝게도 Eppendorf에서 최신 피펫을 출시한 지 몇 년 만인 1964년에 바이에른 호수에서 익사했습니다2. Eppendorf에서 Schnitger의 유산과 혁신에 대한 열정을 계승하여 피스톤 스트로크 피펫 개발에 지속적으로 투자한 끝에 1976년에 Eppendorf Comforpette 4700 피펫을 출시했습니다. Comforpette 4700은 자동 팁 배출 기능이 적용된 최초의 피펫이며, 사용된 팁을 직접 만지지 않아도 되는 제품입니다. 이 기능은 위험한 액체를 처리할 때 중요합니다 .
피펫이 세계적으로 사용되기 시작하면서 여러 문제가 새롭게 발견되고 이를 해결하는 과정에서 새로운 디자인이 개발되었습니다. 예를 들어 최초의 피펫은 에어쿠션 원리에 의존했으나, 이 방식은 대부분의 분야에서 정확도가 높지만 온도, 대기압은 물론이고 용액의 점도, 휘발성, 표면 장력에 따라 성능이 저하될 수 있다는 단점이 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 양변위 방식이 개발되었습니다. 에어쿠션 피펫과 달리 양변위 방식의 피펫에는 피스톤이 없습니다. 대신 특수 일회용 팁에 피스톤이 결합되어 액체와 직접 접촉합니다.
양변위 피펫에는 공기 버퍼가 없으므로 정확도가 액체 특성의 영향을 받지 않습니다. 따라서 까다로운 액체 처리에 매우 적합합니다 . 1978년에 Eppendorf에서 처음으로 출시한 Multipette®/Combitips® 시스템은 양변위 원리에 따라 작동합니다. 사용자가 팁을 한 번 채우고 여러 번 분주할 수 있는 첫 번째 모델이며, 플레이트 또는 여러 튜브를 사용하는 실험실에서 액체 처리의 효율을 높여주는 제품으로 인기가 많습니다. 최신 모델인 Multipette/Repeater 는 Eppendorf 제품군에서 가장 중요한 양변위 제품이며, 기존 제품의 품질을 그대로 계승한 상태에서 신기술을 가미했습니다.
Eppendorf가 과학계의 혁신을 가져온 최초의 상용 피스톤 스트로크 피펫을 출시한지 60년이 지났습니다. 이때 이후로 생산된 모든 피펫에는 Eppendorf의 혁신 DNA가 담겨 있습니다. Eppendorf의 성공 스토리는 아직 끝나지 않습니다. Eppendorf는 최고의 액체 핸들링 솔루션을 제공하기 위해 끊임없이 노력하고 있으며 연구실의 효율과 안전을 향상시키고 더 나은 실험 공간으로 만드는 데 기여하고 있습니다.
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참고자료
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.
