Zum Abmessen und Dosieren eines bestimmten Flüssigkeitsvolumens sind Pipetten im modernen Labor unverzichtbar. Je nach Laborgröße und zu dosierendem Volumen kommen unterschiedliche Pipettentypen zum Einsatz:
- Luftverdrängungspipetten
- Verdrängerpipetten
- Dosierpipetten
- Pipetten mit einstellbarem Bereich
Im Jahr 2020 spielen Luftverdrängungs-Mikropipetten eine entscheidende Rolle im Kampf gegen COVID-19 und werden zur Probenvorbereitung für den Erregernachweis (z. B. Echtzeit-RT-PCR) eingesetzt. Typischerweise werden zwei verschiedene Ausführungen verwendet: manuelle oder motorisierte Luftverdrängungspipetten.
Manuelle Luftverdrängungspipetten vs. motorisierte Luftverdrängungspipetten
Bei einer Luftverdrängungspipette wird ein Kolben in der Pipette nach oben oder unten bewegt, um einen Unter- oder Überdruck in der Luftsäule zu erzeugen. Dadurch kann der Benutzer eine Flüssigkeitsprobe mit einer Einweg-Pipettenspitze einatmen oder ausstoßen, während die Luftsäule in der Spitze die Flüssigkeit von den nicht-einwegbaren Teilen der Pipette trennt.
Die Bewegung des Kolbens kann manuell durch den Bediener oder elektronisch erfolgen, d. h. der Bediener bewegt den Kolben mithilfe eines per Druckknopf gesteuerten Motors.
Einschränkungen manueller Pipetten
Die längere Verwendung manueller Pipetten kann zu Beschwerden und sogar Verletzungen des Bedieners führen. Der zum Dosieren von Flüssigkeiten und Abwerfen der Pipettenspitze erforderliche Kraftaufwand in Kombination mit häufigen, sich über mehrere Stunden wiederholenden Bewegungen kann die Gelenke, insbesondere Daumen, Ellbogen, Handgelenk und Schulter, einem Risiko für wiederholte Muskelzerrungen (RS) aussetzen.
Bei manuellen Pipetten muss zum Freigeben der Flüssigkeit der Daumenknopf gedrückt werden, während elektronische Pipetten mit einem elektronisch ausgelösten Knopf in diesem Beispiel eine bessere Ergonomie bieten.
Elektronische Alternativen
Elektronische oder motorisierte Pipetten sind ergonomische Alternativen zu manuellen Pipetten, die die Probenausbeute effektiv verbessern und Präzision und Genauigkeit gewährleisten. Im Gegensatz zu herkömmlichen Daumentasten und manueller Volumeneinstellung verfügen elektrische Pipetten über eine digitale Schnittstelle zur Volumeneinstellung sowie zum Ansaugen und Entleeren über einen elektrisch angetriebenen Kolben.
Motorauswahl für elektronische Pipetten
Da das Pipettieren oft der erste Schritt in einem mehrstufigen Prozess ist, sind etwaige Ungenauigkeiten oder Mängel, die beim Abmessen dieser kleinen Flüssigkeitsmenge auftreten, während des gesamten Prozesses spürbar und beeinträchtigen letztendlich die Gesamtgenauigkeit und Präzision.
Was ist Genauigkeit und Präzision?
Genauigkeit wird erreicht, wenn eine Pipette das gleiche Volumen mehrmals abgibt. Genauigkeit wird erreicht, wenn die Pipette das Zielvolumen fehlerfrei und präzise dosiert. Präzision und Genauigkeit lassen sich nur schwer gleichzeitig erreichen, doch die Branchen, in denen Pipetten verwendet werden, benötigen beides. Tatsächlich ermöglicht dieser kritische hohe Standard die Reproduzierbarkeit experimenteller Ergebnisse.
Das Herzstück jeder elektronischen Pipette ist der Motor. Er beeinflusst neben anderen wichtigen Faktoren wie Gehäusegröße, Leistung und Gewicht maßgeblich die Präzision und Genauigkeit der Pipette. Pipettenentwickler entscheiden sich in der Regel für lineare Schrittmotoren oder Gleichstrommotoren. Sowohl Schrittmotoren als auch Gleichstrommotoren haben jedoch ihre Vor- und Nachteile.
Gleichstrommotoren
Gleichstrommotoren sind einfache Motoren, die sich bei Anlegen von Gleichstrom drehen. Sie benötigen keine komplizierten Anschlüsse, um den Motor zum Laufen zu bringen. Angesichts der linearen Bewegungsanforderungen elektronischer Pipetten benötigen Gleichstrommotorlösungen jedoch eine zusätzliche Leitspindel und ein Getriebe, um die Drehbewegung in eine lineare Bewegung umzuwandeln und die erforderliche Kraft bereitzustellen. Gleichstromlösungen benötigen außerdem einen Rückkopplungsmechanismus in Form eines optischen Sensors oder Encoders, um die Position des Linearkolbens präzise zu steuern. Aufgrund der hohen Trägheit des Rotors fügen manche Konstrukteure zusätzlich ein Bremssystem hinzu, um die Positioniergenauigkeit zu verbessern.
Schrittmotoren
Andererseits bevorzugen viele Ingenieure Lösungen mit linearen Schrittmotoren aufgrund ihrer einfachen Integration, hervorragenden Leistung und niedrigen Kosten. Lineare Schrittmotoren bestehen aus Permanentmagnet-Schrittmotoren mit Gewinderotor und integrierter Filamentstange, um in kleinen Gehäusen direkte Linearbewegungen zu erzeugen.
Veröffentlichungszeit: 19. Juni 2024