エアピペッティングと容積式ピペッティングの技術比較

ピペッティングは化学やライフ サイエンスの研究室では欠かせない作業であり、手動のシングル チャネル ピペッティングから完全自動のマルチ チャネル ロボット液体ハンドリングまで多岐にわたります。幅広い用途に数十の異なる液体処理技術が使用されており、市場ではさらに多くの機器オプションが利用可能ですが、少量の液体を移送するための最も一般的な基本原則の 2 つは、空気置換および容積式ピペッティングです。

各方法には独自の長所と短所があり、新しい機器やデバイスに投資する際には考慮する必要があります。研究室の液体処理ニーズに対するソリューションを検討する際には、両方のアプローチの長所と短所を理解しておくことが重要です。

空気置換ピペッティングの原理

エアクッションピペットとしても知られる空気置換ピペットでは、まずピストンが下方に移動して、機器の容量設定に応じて特定の量の空気を放出します。ピストンが再び上昇すると、部分真空が形成され、同量の液体がピペット内に吸引されます。空気のクッションがピストンを液体から分離するため、両者が直接接触することはありません。液体を分注するには、ピストンが再び下降し、空気によって液体がピペット チップから押し出されます。多くの場合、チップから残留液体を「吹き出す」または「パージ」するために、ピストンは最終停止位置までさらに下降します。

容積式ピペッティングの原理

容積式ピペッティングは、ピストンと移送される液体との直接接触に依存します。容量設定に基づいて、ピストンが特定の距離だけ上昇すると、ピストン ヘッドとチップの端の間のキャピラリ チップの正確な容量が液体で満たされ、間に空気は入りません。通常、器具の汚染を避けるためにチップ内にピストンが組み込まれた特殊な使い捨てチップが使用されます。液体が分配されると、ぴったりとフィットしたピストンが液体をすべて押し出すため、吹き出しステップは必要ありません。

空気置換ピペットと容積置換ピペットをいつ使用するか

空気置換ピペットは、多くの日常的な液体処理用途に高精度の性能を提供します。これらは、周囲条件下で水溶液やその他の非粘性液体を扱うのに最適です。空気置換に使用されるチップは、容積置換に使用される特殊なキャピラリ ピストン チップに比べて比較的安価で、交換が簡単です。したがって、「難しい」液体を含まない用途では、空気置換は時間と費用の両方において効果的です。

正確な液体の吸引と分注のために空気の移動に依存するピペットは、いくつかの異なるシナリオの下で問題に遭遇する可能性があります。まず、液体の温度がエアクッションの体積に影響を与える可能性があり、その結果、不正確な量の液体が吸引される可能性があります。液体が周囲温度よりも低い場合、エアクッションが収縮し、溶液が意図せず過剰に供給される可能性があります。逆に、周囲温度よりも高い液体はエアクッションを膨張させ、供給不足を引き起こす可能性があります。容積式ピペットは、制限酵素などの凍結温度を必要とするサンプルや、哺乳動物の細胞培養物やポリメラーゼ連鎖反応 (PCR) 溶液などの高温で扱われるサンプルに対して、より正確なピペッティングを提供します。1

容積式ピペットが適しているもう 1 つのシナリオは、高粘度の液体の取り扱いです。グリセロール、脂肪、油、樹脂、タンパク質溶液などの粘性のある液体は、ピペット チップにくっついて完全に分注されない傾向があります。これらの液体は、エア クッション ピペットであまりにも早く吸引されると気泡を形成し、供給不足が生じる可能性もあります。2 ピストンと溶液が直接接触するため、粘稠な溶液を正確な量で吸い上げることができ、全量が完全に置換されます。ピストンが毛細管シリンダーの壁に対して滑ります。

アセトンやメタノールなどの揮発性液体は、蒸発や漏れのため、空気置換法を使用してピペッティングするのが難しい場合があります3。エアクッションへの蒸発は、分注される液体量の不正確さだけでなく、ピペッティング装置の汚染によっても問題になります。特に腐食性または危険な溶液が含まれる場合。容積式ピペットは、密閉された使い捨てピストンの使用により、蒸発や漏れの問題を軽減し、ピペット装置の汚染や損傷を防ぎます。

ロボットによる液体ハンドリングにおける変位方法

自動液体ハンドリングには手動ピペッティングに比べて多くの利点があり、その中で特に重要なのは、スループットの向上、精度の向上、研究室スタッフの手の負担と単調さの軽減です。ロボット液体ハンドリング システムで使用される置換方法を考慮すると、これらの主力機器に投資する際の意思決定に役立ちます。これらの機械では空気置換が一般的に使用されています。自動化により、ピペッティングの速度/技術と圧力監視機能の一貫性が向上し、正確な量の液体が吸引および分注されるようにすることで、この方法のいくつかの落とし穴を軽減することができます。空気置換法に簡単に交換できる使い捨てチップを使用することにより、自動化操作の効率性と汚染の防止も実現します。

ただし、空気置換を使用する自動システムでも、温度、粘度、揮発性が異なる「扱いにくい」液体を扱う場合、従来のピペットと同じ問題に直面する可能性があります。あまり広く入手可能ではなく、消耗品のコストも高くなりますが、容積式置換をサポートする液体ハンドリング ロボットは、粘性の PCR マスター ミックスやタンパク質溶液など、取り扱いが難しい種類のサンプルを頻繁に扱う研究室にとって価値のある投資となります。

3 番目のオプションは液体置換です。これは、正確な量のサンプル液体を吸引および分配するために、エア クッションの代わりにソレノイド バルブによって制御されるシステム液体を使用する方法です。4 液体は空気よりも圧縮性が低いため、特に非常に少量を分注する場合にエラーが少なくなり、この方法は使い捨てチップではなく固定チップでも使用できるため、消耗品のコストが節約されます。システム液を使用して固定チップを洗浄し、汚染物質を洗い流すことができますが、汚染をさらに防ぐために使い捨てチップを使用することもできます。液体置換に関する懸念の 1 つは、作動液体とサンプル液体の混合ですが、これは 2 つの液体を小さな気泡または非混和性液体で分離することによって制限できます。一部の機器は、さまざまなモジュールまたは交換可能なピペッティングヘッドを使用して置換方法を切り替える機能を備えており、システムを特定のアプリケーションに合わせて調整するための最大限の柔軟性を提供します。