Pipetten sind im modernen Labor unverzichtbar, wenn es um das Abmessen und Dosieren bestimmter Flüssigkeitsmengen geht. Je nach Laborgröße und dem zu dosierenden Volumen kommen unterschiedliche Pipettentypen zum Einsatz:
- Luftverdrängungspipetten
- Verdrängungspipetten
- Dosierpipetten
- Pipetten mit einstellbarem Messbereich
Im Jahr 2020 spielten Luftverdrängungsmikropipetten eine entscheidende Rolle im Kampf gegen COVID-19. Sie wurden zur Probenvorbereitung für den Erregernachweis (z. B. Real-Time-RT-PCR) eingesetzt. Typischerweise kamen zwei verschiedene Bauarten zum Einsatz: manuelle und motorisierte Luftverdrängungspipetten.
Manuelle Luftverdrängungspipetten vs. motorisierte Luftverdrängungspipetten
Bei einer Luftverdrängungspipette wird ein Kolben im Inneren der Pipette auf- oder abwärts bewegt, um einen Unter- oder Überdruck in der Luftsäule zu erzeugen. Dadurch kann der Anwender mit einer Einwegpipettenspitze eine Flüssigkeitsprobe einsaugen oder ausstoßen, während die Luftsäule in der Spitze die Flüssigkeit von den nicht-wegwerfbaren Teilen der Pipette trennt.
Die Bewegung des Kolbens kann entweder manuell durch den Bediener oder elektronisch erfolgen, d. h. der Bediener bewegt den Kolben mithilfe eines per Knopfdruck gesteuerten Motors.
Einschränkungen manueller Pipetten
Die längere Verwendung von Handpipetten kann zu Beschwerden und sogar Verletzungen führen. Der Kraftaufwand zum Dosieren von Flüssigkeiten und zum Abwerfen der Pipettenspitze, kombiniert mit häufigen, sich wiederholenden Bewegungen über mehrere Stunden, kann das Risiko einer Überlastung der Gelenke, insbesondere von Daumen, Ellbogen, Handgelenk und Schulter, erhöhen und zu einer RSI (Repetitive Strain Injury) führen.
Bei manuellen Pipetten muss der Daumenknopf gedrückt werden, um die Flüssigkeit freizugeben, 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 den Probenausstoß deutlich verbessern und Präzision und Genauigkeit gewährleisten. Im Gegensatz zu herkömmlichen, per Daumen bedienbaren Tasten und manueller Volumeneinstellung verfügen elektrische Pipetten über eine digitale Schnittstelle zur Volumenregulierung sowie zur Aspiration und Abgabe mittels eines elektrisch angetriebenen Kolbens.
Motorauswahl für elektronische Pipetten
Da das Pipettieren oft der erste Schritt in einem mehrstufigen Prozess ist, können sich Ungenauigkeiten oder Unvollkommenheiten, die beim Abmessen dieser kleinen Flüssigkeitsmenge auftreten, auf den gesamten Prozess auswirken und letztendlich die Gesamtgenauigkeit und -präzision beeinträchtigen.
Was versteht man unter Genauigkeit und Präzision?
Genauigkeit ist erreicht, wenn eine Pipette mehrmals dasselbe Volumen abgibt. Sie ist erreicht, wenn sie das Zielvolumen fehlerfrei und präzise abgibt. Präzision und Genauigkeit sind schwer gleichzeitig zu erreichen, doch in Branchen, die Pipetten verwenden, sind beide erforderlich. Tatsächlich ist es dieser hohe Standard, der die Reproduzierbarkeit von experimentellen Ergebnissen ermöglicht.
Das Herzstück jeder elektronischen Pipette ist ihr Motor, der neben anderen wichtigen Faktoren wie Gehäusegröße, Leistungsaufnahme und Gewicht maßgeblich die Präzision und Genauigkeit der Pipette beeinflusst. Pipettenentwickler wählen in der Regel entweder Schrittmotoren oder Gleichstrommotoren. Beide Motortypen weisen jedoch jeweils Vor- und Nachteile auf.
Gleichstrommotoren
Gleichstrommotoren sind einfache Motoren, die sich bei Gleichstromversorgung drehen. Sie benötigen keine komplizierten Verbindungen für den Betrieb. Aufgrund der linearen Bewegungsanforderungen elektronischer Pipetten benötigen Gleichstrommotorlösungen jedoch eine zusätzliche Gewindespindel und ein Getriebe, um die Drehbewegung in eine Linearbewegung 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 Entwickler zusätzlich ein Bremssystem hinzu, um die Positioniergenauigkeit zu verbessern.
Schrittmotoren
Andererseits bevorzugen viele Ingenieure Schrittmotor-Linearantriebe aufgrund ihrer einfachen Integration, ihrer hervorragenden Leistung und ihrer geringen Kosten. Schrittmotor-Linearantriebe bestehen aus Permanentmagnet-Schrittmotoren mit einem Gewinderotor und einem integrierten Antriebsstrang, um in kompakten Bauformen eine direkte lineare Bewegung zu erzeugen.
Veröffentlichungsdatum: 19. Juni 2024