空気置換ピペット

ピストン駆動式空気置換ピペットはマイクロピペットの一種で、マイクロリットル規模の液体を扱うためのツールです。生物学や生化学でよく使用されますが、化学ではあまり使用されません。この機器は多くの有機溶媒による損傷を受けやすいためです。

これらのピペットは、ピストン駆動の空気置換によって動作します。気密スリーブ内の金属またはセラミックのピストンの垂直移動によって真空が生成されます。プランジャーの押し下げによって駆動されるピストンの上向きの動きによって、ピストンによって空いたスペースに真空が生成されます。真空を満たすために、先端から空気が上昇し、その後、先端に吸い上げられた液体によって置き換えられ、他の場所への輸送や分配に使用できるようになります。

滅菌技術により、液体がピペット自体に接触することが防止されます。代わりに、液体は使い捨てピペット チップに吸い込まれ、そこから排出されます。このチップは液体を移送した後に廃棄され、次の移送には新しいピペット チップが使用されます。チップ イジェクター ボタンを押すとチップが取り外され、オペレーターが触れることなく切り離され、適切な容器に安全に廃棄されます。これにより、測定対象物質による校正済み測定機構の汚染や損傷も防止されます。

プランジャーを押し下げると、液体を吸い上げたり、吐出したりすることができます。通常の操作は、ピペットを空中に保持した状態でプランジャー ボタンを最初の停止位置まで押し下げることです。次に、チップを移送する液体に沈め、プランジャーをゆっくりと均等に放します。これにより、液体がチップに吸い上げられます。次に、器具を目的の吐出位置に移動します。プランジャーを再び最初の停止位置まで押し下げ、次に 2 番目の停止位置、つまり「吹き出し」位置まで押し下げます。この操作により、チップが完全に排気され、液体が吐出されます。調整可能なピペットでは、チップに含まれる液体の容量は可変です。モデルに応じて、ダイヤルまたはその他のメカニズムを使用して変更できます。一部のピペットには、現在選択されている容量を表示する小さなウィンドウが含まれています。プラスチック製のピペット チップは水溶液用に設計されており、チップやピペットのプラスチックを溶かす可能性のある有機溶媒での使用は推奨されません。

1. プランジャーボタン
2. チップイジェクターボタン
3. 音量調整ダイヤル
4. デジタルボリュームインジケーター
5. 軸
6. 使い捨てチップの取り付けポイント

^[1]

空気置換ピペットにはいくつかの異なるタイプがあります。

• 調整可能または固定
• 取扱量
• シングルチャネルまたはマルチチャネルまたはリピーター
• 調整可能なチップ間隔
• 円錐形または円筒形の先端
• 標準またはロック
• 手動または電子
• メーカー

マイクロピペットは、最小容量0.2μL、最大容量10,000μL（10mL）を収容できます。^{[2] [3]}そのため、5、10、25、50mLの容量がある 目盛り付きピペットなどの機器よりも小規模な転送に使用されます。

最も一般的なタイプのピペットは、動作範囲内で特定の容量に設定でき、調整可能と呼ばれます。これらのピペットには通常、「10～100 μL」などの容量範囲を示すラベルが付いています。これらの制限は、実際に制限であり、これらの制限を超えてしまうと、ピペッティング システムが損傷することになります。固定容量ピペットは変更できません。可動部品が少ないため、メカニズムが複雑ではなく、より正確な容量測定が可能になります。

1972年、ウィスコンシン大学マディソン校の数名（主にウォーレン・ギルソンとヘンリー・ラーディ）が固定容量ピペットを改良し、可変容量ピペットを開発しました。^[4]ウォーレン・ギルソンはこの発明を基にギルソン社を設立しました。

最適な使用のために、すべてのピペットサプライヤーは、一般的に 2、10、20、100、200、および 1000 μL 容量のピペットを含む、幅広い異なる容量範囲を提供しています。^{[引用が必要]} 10～100 μL のような小さな容量範囲のピペットでは、ピペットあたり 0.1～1,000 μL の広い範囲よりもはるかに高い精度が得られます。

移送量に関しては、必要な量を処理できる最小のピペットを選択する必要があります。これは、設定された容量がピペットの最小容量に近づくと精度が低下するため重要です。一般に、ピペットは公称容量の35〜100％で最適な精度を発揮し、その容量の10％未満では使用しないでください。^[5]たとえば、50μlの液体に1,000μlのピペットを使用するのは理想的ではなく、100μlのピペットを使用するとより良い結果が得られます。^[6]

先端角度や浸漬深さなどの他の要因も精度に大きく影響する可能性があります。粘性液体の場合は逆ピペッティング、揮発性液体の場合は実際に液体を移す前にピペットを「準備」するために上下に複数回ピペッティングしてピペット内の空気を液体蒸気で飽和させるなどの他の方法が必要になる場合があります。^[5]

ピペッティング プロセスには、ピペットと使い捨てチップの 2 つのコンポーネントが必要です。チップは、使い捨てのプラスチック製ツールです。一般的には、ポリプロピレンで作られています。ピペットのサイズに応じて、10 μL、100 μL、200 μL、1,000 μL、その他の非標準サイズ (5,000 μL (5 mL) や 10,000 μL (10 mL) など) などの特定のチップ サイズが必要になります。ほとんどのチップには、低容量 (0.1～10 μL) の場合はナチュラル (無色)、黄色 (10～100 μL)、青 (100～1,000 μL) など、簡単に見つけられるようにカラー コードが付いています。対応するピペットには、同じカラー コードがピペットに印刷されています。

特殊な用途には、フィルター チップが利用できます。これらのチップの上部円錐部には小さな発泡プラスチック片が付いており、サンプルのエアロゾルがピペットを汚染するのを防ぎます。

通常、すべてのチップは、96 個が 8 × 12 のボックスに直立状態で保管されます。これらのボックス内のチップの間隔は、通常、さまざまなサプライヤーのマルチチャンネル ピペットの互換性のために標準化されています。

ピペットとチップの接触点の形状に応じて、円錐型または円筒型と呼ばれる2つの主要なチップシステムがあります。 ^[7]

ピペットのピストンの数に応じて、シングル チャネル ピペットとマルチ チャネル ピペットが区別されます。96 ウェルマイクロタイター プレートの充填などの手動の高スループット アプリケーションでは、ほとんどの研究者がマルチ チャネル ピペットを好みます。このタイプのピペットには 8 つのピストンが並列に備わっているため、ウェルごとに処理する代わりに、8 つのウェルの列を並列に処理できます。

一部のメーカーは、チップ間隔を調整できるピペットを提供しています。これにより、異なる実験器具形式間で複数のサンプルを並行して転送できます。

必要な力を減らしてピペットの人間工学を改善するために、電子ピペットが開発されました。ピストンの手動移動は、バッテリーで駆動する小型電動モーターに置き換えられました。手動ピペットでは親指の動き（最大3cm）が必要ですが、電子ピペットにはメインボタンがあります。ピペットのプログラミングは通常、コントロールホイールといくつかのボタンで行います。すべての設定は小さなディスプレイに表示されます。電子ピペットはRSIタイプの傷害のリスクを減らすことができます。 ^{[8] [9]}

リピーターは、1 回の吸引で 20 μL などの特定の容量を複数回分注するなど、繰り返し作業を行うために最適化された特殊なピペットです。通常、リピーターには通常のピペットには適合しない特殊なチップが付いています。一部の電動ピペットは、標準チップを使用してこの機能を実行できます。

一部の空気置換ピペットには、精度を保ちながら容量をより適切に変更できるようにロック機構（「ロックピペット」と呼ばれる）が追加されているものもあります。同じピペッティング操作を複数回実行している間、設定容量をロックすることで、ピペット容量設定の偶発的な変更を回避できます。ロック機構は通常、ピペット設定コントロールの近くにある機械式トグルで、設定機構の動きを妨げます。ただし、一部のピペットには、個々の容量桁を設定するためのダイヤルがあり、プランジャーを押し下げて回すことでロックが解除された場合にのみ調整できます。^[10]

精度を維持し、一貫性と再現性のある操作を行うには、ピペットを定期的に校正する必要があります。この間隔は、いくつかの要因によって異なります。

• オペレーターのスキルとトレーニング。熟練したオペレーターは、機器をより正確に操作し、精度を損なうミスを少なくする傾向があります。
• ピペットによって吐出される液体。腐食性および揮発性の液体は、適切な動作条件下でも蒸気を放出し、ピペット シャフト内に上昇して、金属製のピストンとスプリング、またはピストンと周囲のスリーブの間に気密シールを提供するシールと O リングを腐食させる可能性があります。
• 適切かつ慎重な取り扱い。ピペットを頻繁に落としたり、不注意に扱ったり乱暴に扱ったり、垂直に正しく保管しなかったりすると、時間の経過とともに精度が低下する傾向があります。
• 機器に必要な精度。最大限の精度が求められるアプリケーションでは、より頻繁な校正も必要になります。純粋に研究目的や教育環境で使用される機器では、一般的に校正の頻度はそれほど必要ありません。

平均的な条件下では、ほとんどのピペットは半年ごと (6 か月ごと) に校正でき、十分な性能を発揮します。食品医薬品局の GMP/GLP 規制の対象となる機関では、通常、四半期ごと、つまり 3 か月ごとに校正を行うと効果的です。重要な用途では毎月のサービスが必要な場合がありますが、研究機関や教育機関では 1 年ごとのサービスで十分です。これらは一般的なガイドラインであり、適切な校正間隔の決定は慎重に行う必要があり、対象となるピペット (信頼性が高いものもあればそうでないものもあります)、ピペットの使用条件、およびピペットを使用するオペレーターを考慮してください。

較正は、一般的に重量分析によって行われます。この方法では、蒸留水のサンプルを精密分析天秤の上に置かれた受容器に注ぎます。水の密度はよく知られた定数であるため、注ぎ込まれたサンプルの質量は、注ぎ込まれた量の正確な指標となります。相対湿度、周囲温度、気圧は測定の精度に影響する要素であり、通常は複雑な式で組み合わせられ、Z 係数として計算されます。この Z 係数は、天秤の生の質量データ出力を修正し、調整されたより正確な測定結果を提供するために使用されます。

比色法では、正確な濃度の着色水を使用して測定に影響を与え、分注量を決定します。サンプルの吸引前後の色の違いを測定するために分光光度計が使用され、非常に正確な読み取り値が得られます。この方法は、着色試薬のコストを考えると、より一般的な重量法よりも高価であり、最適な精度が必要な場合に推奨されます。また、標準的な実験室用天秤で実行される重量法の固有の不確実性が過度になるため、2 マイクロリットル範囲の非常に低容量のピペットの校正にも推奨されます。マイクログラム (10 ⁻⁶ g) の範囲で読み取ることができる適切に校正されたマイクロ天秤は、環境条件が厳密に管理されている場合に限り、低容量のマイクロピペットの重量分析に効果的に使用できます。6 位置天秤と環境制御は、このような校正のコストを大幅に増加させます。

• 
  オックスフォード シングルチャンネルピペット
• 
  異なる容量のマイクロピペット。