Wystarczy rozejrzeć się po dowolnym laboratorium naukowym, przemysłowym lub szpitalnym, aby natknąć się na rozmaite rodzaje pipet. Te niepozorne urządzenia można znaleźć niemal na każdym stole. Są niezbędne do wykonywania prawie wszystkich protokołów laboratoryjnych. Odgrywają kluczową rolę we współczesnych badaniach biologicznych i biotechnologicznych. Od dawna zdajemy sobie sprawę, że są nam niezbędne. Czy gdyby Eppendorf nie poprowadził świata w kierunku precyzyjnych i dokładnych urządzeń pipetujących, nadal pipetowalibyśmy ustami?
If we take a journey back in time to the 18th century, we can find the earliest pre-cursors to the modern-day pipette; the berthollimêtre and the alcalimetre, developed by French chemist, pharmacist and inventor Francois Descroizilles1. Joseph-Louis Gay Lussac later made some slight modifications to these early designs and coined the term pipette in 18241, however, it wasn’t until the 1950’s that pipettes began to truly resemble those we know today.
Za pierwotnego twórcę mikropipety powszechnie uznawany jest Heinrich Schnitger, który dołączył do zespołu badawczego w Instytucie Chemii Fizycznej Uniwersytetu w Marburgu w 1957 roku, gdzie szybko zaczęły go denerwować wady pipetowania ustami2, czy techniki, w której użytkownik zasysał ciecz ustami do cienkich szklanych rurek. Pomijając już fakt, że te pipety były rutynowo czyszczone niebezpiecznymi środkami chemicznymi, takimi jak kwas siarkowy, zdarzały się przypadki połknięcia niebezpiecznych substancji, w tym hodowli bakterii powodujących tyfus3 czy plutonu4. Po krótkiej nieobecności w laboratorium – trwającej zaledwie kilka dni – Schnitger powrócił z własnoręcznie skonstruowanym narzędziem umożliwiającym dozowanie mikrolitrowych objętości.
To narzędzie, nazywane dziś powszechnie pipetą “marburską”, składało się ze strzykawki tuberkulinowej z zamocowanym na sprężynie tłokiem, który wyznaczał objętość po osiągnięciu górnego ogranicznika. Schnitger zamienił igłę strzykawki na polietylenową końcówkę, a dodatkowo zaprojektował narzędzie w taki sposób, że ciecz była w nim oddzielana od tłoka strzykawki przez poduszkę powietrzną, dzięki czemu nie wydostawała się z polietylenowej końcówki2.
Na tym jednak nie zakończył się wkład Schnitgera w rozwój mikropipet. Jego zwierzchnik na Uniwersytecie w Marburgu szybko uświadomił sobie, jak wielką wagę ma wynalazek Schnitgera, zwolnił go z obowiązków naukowych i zachęcił do dalszej pracy nad jego innowacyjnym rozwiązaniem. Po dodaniu drugiej sprężyny ustawionej współosiowo – umożliwiającej wypchnięcie cieczy do ostatniej kropli – oraz innych drobnych modyfikacjach Schnitger złożył wniosek patentowy w Niemczech 3 maja 1957 roku. Patent został zarejestrowany niecałe cztery lata później, 24 kwietnia 1961 roku. Opisywał on nie tylko wszystkie najważniejsze cechy współczesnej pipety, ale również pomysły, w jaki sposób ograniczać błędy wynikające z wpływu temperatury otoczenia, a także rozwiązania mechaniczne wymagane do pipetowania zmiennych objętości2.
Firma Eppendorf jako pierwsza dostrzegła znaczenie wynalazku Schnitgera, a pracujący w niej inżynier, Wilhelm Bergmann, kontynuował pracę nad jego dalszym rozwojem. Modyfikacje wprowadzone przez Bergmana obejmowały nowe kształty ułatwiające obsługę oraz zastąpienie końcówek wykonanych z Teflonu polipropylenowymi (PEP). Zwieńczeniem tych wysiłków była pierwsza na rynku pipeta tłokowa wprowadzona przez Eppendorf do oferty w 1961 roku. Bergmann odegrał kluczową rolę nie tylko we wprowadzeniu tej pipety tłokowej na rynek, ale również przyczynił się również do skonstruowania pierwszej udanej jednorazowej probówki do pracy z mikroobjętościami (“Eppi®”).
W połączeniu z pipetą tłokową, wirówką mikrolitrową i termomikserem, jednorazowe probówki Eppendorf tworzą system mikrolitrowy; rewolucyjny zestaw narzędzi wykorzystywany w wielu dziedzinach naukowych. Niestety zaledwie kilka lat po tym, jak Eppendorf wprowadził jego wynalazek na rynek, w 1964 roku Schnitger utonął w jeziorze w Bawarii2. Jednakże jego dziedzictwo i innowacyjna determinacja są nadal kultywowane w Eppendorf. Dalsze inwestycje w rozwój pipety tłokowej zaowocowały opracowaniem Eppendorf Comforpette 4700 w 1976 roku. Comforpette 4700 była pierwszą pipetą z automatycznym wyrzutem końcówki, która eliminowała konieczność bezpośredniego kontaktu dłoni ze zużytą końcówką. Jest to szczególnie ważny mechanizm w przypadku pracy z niebezpiecznymi cieczami.
Coraz większa popularność pipet na całym świecie uwidoczniła dalsze wyzwania owocujące powstawaniem coraz to nowych konstrukcji. Przykładowo oryginalna pipeta działała na zasadzie poduszki powietrznej, co wprawdzie zapewnia bardzo wysoką dokładność w większości zastosowań, ale powoduje również podatność na wpływ temperatury i ciśnienia atmosferycznego, a także na lepkość, lotność i napięcie powierzchniowe roztworów. Ze względu na te problemy opracowano urządzenia działające na zasadzie wyporu bezpośredniego. W przeciwieństwie do pipet z poduszką powietrzną, w urządzeniach z wyporem bezpośrednim tłok nie jest wbudowany w pipetę. Zamiast tego tłok stanowi część specjalnej jednorazowej końcówki, i ma bezpośredni kontakt z cieczą.
Brak poduszki powietrznej w pipetach działających na zasadzie wyporu bezpośredniego sprawia, że właściwości cieczy nie mają wpływu na dokładność, dzięki czemu to rozwiązanie jest idealne do pracy z cieczami sprawiającymi problemy. System Multipette®/Combitips®, który pojawił się w ofercie Eppendorf w roku 1978, działa na zasadzie wyporu bezpośredniego. Było to pierwsze urządzenie umożliwiające wielokrotne dozowanie po jednokrotnym napełnieniu końcówki, które do dziś doskonale sprawdza się w wydajnej pracy z cieczami i stanowi podstawę dla wielu laboratoriów pracujących z seriami płytek lub probówek. Współczesne modele Multipette/Repeater to najważniejsze urządzenia działające na zasadzie wyporu bezpośredniego w ofercie Eppendorf, które łączą wysoką jakość swoich poprzedników z najnowocześniejszymi technologiami.
Minęło już 60 lat od czasu, gdy Eppendorf wprowadził do oferty pierwszą komercyjną pipetę tłokową; narzędzie, które radykalnie zrewolucjonizowało pracę naukową. Każda pipeta wyprodukowana od tego przełomowego momentu zawiera małą cząstkę tożsamości Eppendorf. Nie jest to jednak koniec tej historii. Determinacja Eppendorf, aby dostarczać najlepsze rozwiązania do pracy z cieczami, nadal owocuje innowacyjnymi konstrukcjami zapewniającymi większą wydajność, bezpieczeństwo i komfort pracy w laboratorium!
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.
