Что такое пипетирование? Ручной и автоматизированный процессы

01Ручное пипетирование: оператор набирает и переносит жидкость

При ручном пипетировании оператор использует ручной дозатор либо пипетку с пипеточным контроллером. В механическом дозаторе аспирацию и выдачу жидкости приводит в действие человек. Электронный ручной дозатор может выполнять эти движения сам, но выбор образца, перемещение инструмента и проверка места назначения остаются за оператором.

Как оператор выполняет один перенос?

Рассмотрим перенос 100 µL из пробирки с образцом в реакционную ёмкость ручным дозатором с одноразовым наконечником.

1. Проверить задачу и выбрать инструмент. Сверить образец и приёмную ёмкость, подобрать дозатор и наконечник и установить 100 µL. Важно проверить не только вхождение целевого объёма в рабочий диапазон, но и метрологические характеристики именно при этом объёме.
2. Установить наконечник и подготовиться к аспирации. Проверить посадку и герметичность, выполнить подготовку по используемой методике. Плохое сопряжение наконечника с дозатором может повлиять на набор и выдачу жидкости.
3. Погрузить наконечник и набрать жидкость. Контролировать положение, глубину погружения и аспирацию; дождаться поступления жидкости и затем извлечь наконечник. Обращать внимание на заметные пузырьки и утечки.
4. Переместиться к нужной ёмкости и выдать жидкость. Проверить место назначения и соблюдать предусмотренные методикой скорость, положение и время выдержки, чтобы жидкость попала в нужную ёмкость.
5. Завершить перенос и подготовить следующий образец. Заменить наконечник с учётом требований к образцу и предотвращению загрязнения, отметить обработанный образец и продолжить.

Справочный материал по ручному пипетированию

Оператор принимает решения, позиционирует инструмент и задаёт последовательность действий. Наблюдение за наконечником помогает обнаружить явные отклонения, но фактически перенесённый объём необходимо подтверждать измерением.

Преимущества и ограничения ручного пипетирования

Ручную работу легко адаптировать. Оператор может сразу отреагировать на изменение положения образца, внеплановое добавление или необходимость осмотреть жидкость. Такая гибкость полезна при разработке методик, небольших экспериментах и обработке дополнительных образцов. Обычные ручные инструменты занимают мало места, и их, как правило, проще ввести в работу, чем полный комплекс автоматизации.

Многоканальные и электронные инструменты уменьшают часть повторяющихся действий. Многоканальные дозаторы обрабатывают несколько позиций одновременно; электронные модели с повторным дозированием могут сократить число циклов аспирации. Однако идентификацией образцов, перемещением инструмента и согласованием задач по-прежнему занимается оператор.

Повторяющиеся задачи постоянно требуют времени и внимания. Каждый набор, перенос, выдача и смена наконечника требуют отдельного действия. С ростом нагрузки необходимо сохранять одинаковую технику, проверять порядок образцов и вести записи. Изменения темпа, глубины погружения наконечника и времени ожидания могут повлиять на выданный объём.

Как оценивать точность и повторяемость пипетирования?

Для задачи на 100 µL следует отдельно оценивать средний перенесённый объём и разброс повторных результатов.

CV — это отношение стандартного отклонения к среднему, здесь выраженное в процентах. Небольшой CV означает близость повторных результатов друг к другу. Если среднее отклоняется от цели, всё равно нужны проверка и корректировка. CV 0,20 % не означает, что погрешность каждого переноса находится в пределах ±0,20 %.

Определение CV

Приёмка зависит и от допустимого смещения для конкретной задачи. Например, при требовании относительного среднего смещения в пределах ±1 % предел среднего смещения будет ±1 µL для 100 µL и ±0,1 µL для 10 µL. Значение ±1 % здесь иллюстрирует требование, а не является универсальным стандартом для ручного или автоматического оборудования. Требования к повторяемости следует задавать отдельно.

Поэтому среднее смещение и повторяемость нужно измерять при целевом объёме, с фактической жидкостью и используемыми наконечниками. Номинальный диапазон или число знаков после запятой на дисплее сами по себе не определяют качество дозирования.

02Полностью автоматическое пипетирование: как заполнить ряд реакционных ёмкостей?

Предположим, что в каждую ёмкость ряда нужно добавить 100 µL одного и того же реагента. При ручной работе человек повторяет набор, перемещение и выдачу. Конфигурация с неподвижной дозирующей иглой и перемещаемыми ёмкостями показывает, как автоматизировать эти действия. Значение 100 µL — целевой объём данного примера.

Какие компоненты выполняют отдельные действия?

Это одна из конфигураций для объяснения автоматического дозирования; существуют и другие схемы автоматизированного пипетирования. В опубликованных исследованиях автоматической обработки жидкостей описаны реализации программной координации объёма, направления движения шприцевого насоса и положения клапана.

Пример программного управления насосом и клапаном

1. Шприцевые насосы FOREACH HMD с электромагнитным клапаном: изучите сочетание шприцевого дозирования и выбора пути электромагнитным клапаном для задач с неподвижной иглой.
2. Шприцевые насосы FOREACH HLD с поворотным клапаном: рассмотрите другую схему переключения и проверьте порты и соединения с учётом числа источников и выходов.
3. Клапаны управления потоками FOREACH: при отдельном выборе клапана проверьте соединения портов, контактирующие с жидкостью материалы, давление и способ управления.

Модуль насоса и клапана выполняет дозирование и выбор пути. Позиционирование ёмкостей, движение лотка и согласование всех действий обеспечивает прибор в сборе. Пример объясняет последовательность; характеристики дозирования нужно проверять с выбранными шприцем, трубками и иглой.

Как реагент попадает в одну ёмкость?

Перед запуском оператор размещает реагент и ёмкости, задаёт объём на одну ёмкость и их количество, заполняет жидкостный тракт и удаляет воздух. В этом примере игла находится над отверстием ёмкости и дозирует без контакта.

Шаг 1: набрать реагент из флакона. Клапан соединяет флакон со шприцем и закрывает ветвь иглы. Мотор отводит поршень, внутренний объём шприца увеличивается, и реагент поступает в него по трубке.

Шаг 2: переключить путь и выдать реагент в ёмкость. После аспирации насос останавливается. Клапан соединяет шприц с иглой и перекрывает ветвь флакона. Лоток подводит первую ёмкость под иглу и останавливается. Затем мотор продвигает поршень, реагент проходит через иглу в ёмкость. Поршень останавливается после хода, заданного для целевого объёма.

Шаг 3: подвести следующую ёмкость и повторить. После выдачи мотор лотка подводит следующую ёмкость под иглу. Программа возвращает клапан к входной ветви и повторяет аспирацию, переключение и выдачу до обработки заданного числа ёмкостей.

Шприцевой насос перемещает жидкость, клапан выбирает путь, лоток подводит следующую ёмкость, а программа определяет момент каждого действия. Оператор выполняет подготовку до запуска; затем оборудование берёт на себя повторяющиеся операции набора, выдачи и позиционирования в пределах серии.

Какие преимущества даёт этот автоматический процесс?

При последовательном дозировании одного реагента одинаковыми объёмами оператору не нужно каждый раз брать инструмент, набирать жидкость и совмещать наконечник с ёмкостью. Программа повторяет проверенный ход поршня, скорости аспирации и выдачи и порядок ёмкостей, уменьшая влияние изменений ручного темпа.

При этом заранее нужно определить положения ёмкостей и иглы и настроить программу. При смене реагента необходимо удалить остатки из общего тракта и проверить эффективность промывки. Изменение типа ёмкости или объёма требует корректировки и проверки методики. Для небольших или часто меняющихся задач подготовку также следует включать в общее время работы.

Как проверить фактический объём при настройке 100 µL?

Шприцевой насос управляет выдачей через перемещение поршня. В идеальном случае эффективная площадь сечения шприца, умноженная на ход поршня, равна вытесненному объёму. Пузырьки, утечки и остаточная жидкость у иглы могут привести к отличию полученного объёма от настройки. Поэтому заполнение тракта и удаление воздуха обязательны перед запуском этого примера.

Измерьте объём, фактически полученный ёмкостями, рассчитайте среднее смещение и CV по описанному выше способу и проверьте результаты в начале, середине и конце серии. Задание хода, соответствующего 100 µL, не доказывает, что каждая ёмкость получила ровно 100 µL.

При ручном способе оператор набирает, переносит и выдаёт жидкость, сохраняя гибкость при изменениях. Автоматизация передаёт повторяемые действия согласованно работающим компонентам. Выбор зависит от постоянства задачи, числа повторений и времени подготовки и очистки.

Дополнительные материалы

Для переноса между ёмкостями с одноразовыми наконечниками рассмотрите программируемый автоматический насос для пипетирования с воздушным вытеснением FOREACH SMTP2. Это другая конфигурация пипетирования; прибор в сборе должен обеспечивать позиционирование и управление процессом, а результат необходимо проверять с фактической жидкостью, наконечниками и целевым объёмом.

1. Что такое программируемый шприцевой насос? Совместная работа насоса, клапана и привода
2. Что такое программируемый автоматический насос для пипетирования с воздушным вытеснением? Другая конфигурация