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LIQUID HANDLING

Die Spitze ist spitze

| Autor/ Redakteur: DR. OLAF SPÖRKEL* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Das Pipettieren gehört wohl zu den häufigsten Tätigkeiten im Life-Science-Labor. Neue Entwicklungen haben das Anwendungsspektrum erweitert und erleichtern dem Anwender die tägliche Arbeit. So werden z.B. Spitzen für molekularbiologische Applikationen angeboten, die das Kontaminationsrisiko auf ein Minimum reduzieren.

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Abb.1: Nachfüllsysteme sind platzsparend und umweltgerecht.
Abb.1: Nachfüllsysteme sind platzsparend und umweltgerecht.
( Archiv: Vogel Business Media )

Das Pipettieren gehört wohl zu den häufigsten Tätigkeiten im Life-Science-Labor. Neben der Pipette hat vor allem die Pipettenspitze einen entscheidenden Einfluss auf die Präzision und Reproduzierbarkeit vieler Arbeiten. Das Material, die Oberflächenbeschaffenheit und die Form sorgen für eine exakte Dosierung. Neue Entwicklungen haben das Anwendungsspektrum erweitert und erleichtern dem Anwender die tägliche Arbeit. So werden z.B. Spitzen für molekularbiologische Applikationen angeboten, die das Kontaminationsrisiko auf ein Minimum reduzieren.

Mit der Erfindung der Pipette Ende der fünfziger Jahre begann ein grenzenloser Siegeszug durch die unterschiedlichsten Labore weltweit. Bereits 1961 trat als erster Anbieter das Unternehmen Eppendorf an, diese Produkte industriell zu fertigen und zum Handling kleinvolumiger Proben zu vertreiben. Mittlerweile nutzen tagtäglich Mediziner und Biochemiker diese Laborhilfe ebenso wie Molekular- und Zellbiologen oder Pharmazeuten.

Je nach Experiment stellen sich unterschiedliche Anforderungen an die Pipette und besonders auch an die Pipettenspitze. Schließlich ist es die Spitze, die mit der Probe in Kontakt kommt und die Präzision des Vorgangs entscheidend beeinflusst. Der Anwender hat die Wahl zwischen einer Vielzahl verschiedener Varianten wie Universalspitzen, Präzisionsspitzen, Mikrovolumenspitzen, Gelauftragsspitzen oder auch Filterspitzen.

Was macht nun eine gute Pipettenspitze aus? Neben der präzisen Form und der Materialqualität sind Passfähigkeit zu Pipetten, Auslaufverhalten und Spitzenöffnung entscheidend. Darüber hinaus haben mit der wachsenden Vielfalt an möglichen Applikationen weitere Eigenschaften an Bedeutung gewonnen.

Form und Farbe

In der Regel bestehen Pipettenspitzen aus autoklavierbarem, reinen Polypropylen und werden im Spritzgussverfahren unter Reinraumbedingungen hergestellt. Während der Produktion müssen teilweise Kräfte von mehreren hundert Tonnen aufgewendet werden. So unscheinbar eine Spitze aussieht, die Herstellung der zugrunde liegenden Spritzgussform kann leicht in die Hunderttausend Euro gehen. Die Form einer Pipettenspitze ist somit ein absolutes Qualitätsmerkmal.

Da fast alle gängigen Pipetten einen konisch verlaufenden Schaft aufweisen, ist auch der Konus der meisten Spitzen dementsprechend geformt. Für den Anbieter ist es entscheidend, dass die Spitzen auf möglichst viele Pipetten passen, da in den Laboren häufig Pipetten unterschiedlicher Hersteller genutzt werden. Eine suboptimale Passform kann die Dichtigkeit zwischen Spitzen- und Pipettenkonus und den Kraftaufwand beim Wechseln der Spitzen negativ beeinträchtigen und zu falschen Ergebnissen führen. So hat die Passgenauigkeit eine besondere Bedeutung bei der Verwendung von Mehrkanalpipetten oder beim Einsatz in Robotiksystemen. Die Präzision der Pipettierung ist aber auch von der Koaxialität und der homogen gefertigten Pipettenspitzenöffnung abhängig. Sind Spitzenform oder Spitzenauslassöffnung nicht konisch, können sich Tropfen an der Auslassöffnung bilden und ebenfalls Pipettierfehler hervorrufen.

Um besser bis auf den Boden hoher und enger Reaktionsgefäße zu gelangen, wächst die Nachfrage an lang ausgezogenen Pipettenspitzen. Aufgrund dieser Form ist ein kontaminationsfreies Pipettieren eher möglich. Starlab bietet beispielsweise „Extended Length Tips“ an. Passend für alle gängigen Pipetten sind diese zertifizierten Spitzen lang ausgezogen, um solche anspruchsvollen Pipettieraufgaben zu erleichtern.

Dem Trend zu kleineren Probenvolumina entsprechend scheint auch der Bedarf an kleinvolumigen Spitzen zuzunehmen.

Obwohl farblose Spitzen eher den Vorteil der optischen Volumenkontrolle mit sich bringen, existieren die klassischen Spitzenfarben, gelb für die 200-µl und blau für die 1000-µl-Pipette, weiterhin. Durch eine entsprechende Farbkodierung der Pipette ist die Zuordnung eindeutig und schnelleres und einfaches Arbeiten möglich. Da in der Regel cadmiumfreie Farbpigmente verwendet werden, existiert auch kein Farbstoff-bedingtes Kontaminationsrisiko mehr.

Handling und Verfügbarkeit

Für das Handling der Pipettenspitzen ist die Abwurfkraft eine besondere Größe. Diese Kraft beschreibt den Aufwand für den Spitzenabwurf und ist direkt abhängig von der Aufsteckkraft. Um das Arbeiten möglichst leicht zu gestalten und einer frühzeitigen Ermüdung vorzubeugen, sollten beide Kräfte möglichst gering sein. Neue Spitzen-Entwicklungen führten bei vollständiger Dichtigkeit zu einer Reduktion der Kräfte auf ein Minimum. Obwohl Hersteller auch schon Pipetten mit automatischem Spitzenabwurf anbieten, bevorzugen viele Anwender weiterhin die manuelle Variante, da auf diese Weise die Spitzen „gezielter“ entsorgt werden können. Spitzen sind in Racks, Nachfüllsystemen oder lose erhältlich. Werden nicht direkt fertig gesteckte Racks genutzt, müssen die Spitzen vom Anwender manuell gesteckt oder die Arbeitsracks mit Hilfe eines Nachfüllsystems gefüllt werden.

Um die Umweltbelastung möglichst gering zu halten, bieten verschiedene Anbieter verstärkt Nachfüllsysteme (Reloads) an, die nur Spitzentabletts oder Trägerplatten enthalten und somit auch platzsparend gelagert werden können. Teilweise sind die Spitzen sogar in einer komplett recyclebaren Verpackung erhältlich, so dass sich der anfallende Plastikmüll weiter reduzieren lässt. Die Tabletts enthalten die Spitzen und lassen sich direkt in leere Racks überführen. Für bequemeres Arbeiten kann die Nachfüll-Einheit meistens mit einer Hand bedient werden. Der Anwender kann bereits vorhandene Boxen schnell, bequem und kontaminationsfrei wieder auffüllen.

Spitzen im Trend

Die Vermeidung von Kontaminationen ist in der Life-Science-Forschung essenziell. Dies gilt besonders beim Arbeiten mit Nukleinsäureamplifikationstechniken wie der PCR. Zum Schutz vor Kontaminationen durch Fremd-DNA oder anderen biologischen, radioaktiven oder korrosiven Substanzen werden daher zunehmend Filterspitzen eingesetzt. Diese Spitzen wie beispielsweise die Non-self sealing Filterspitzen von Brand oder Eppendorf enthalten einen speziellen Filter aus Polyethylen, der den Pipettenkonus vor Aerosolkontaminationen schützen und Kreuzkontaminationen verhindern soll.

Aufgrund der Porenkonfiguration des Filtermaterials werden die Aerosole zurückgehalten, während beim versehentlichen Überpipettieren der Probe die Flüssigkeit durch das Material dringen kann. Somit kann die Probe z.B. durch Zentrifugation zurückerhalten werden. Bei dem so genannten Self-Sealing-Prinzip quillt das Filtermaterial auf, wenn es mit Flüssigkeit in Berührung kommt und versiegelt die Pipettenspitze. Überpipettieren kann durch die verwendeten Additive möglicherweise zu einer Kontamination und damit zum Verlust der Probe führen. Die meisten Filterspitzen sind zertifiziert und werden bereits sterilisiert und als RNAse-, DNAse- und pyrogenfrei angeboten.

Einen weiteren Schutz liefern die so genannten Safe-Cone-Filter speziell für Pipetten von Biohit. Sie werden direkt in die Pipette eingesetzt und verhindern das Eindringen von Flüssigkeit und Aerosolen in die Pipette. Durch diesen auswechselbaren Filter wird das Innere der Pipette zusätzlich geschützt.

Aufgrund der zunehmenden Anzahl an zertifizierten Labors wächst auch die Bedeutung der ISO Zertifizierung für Spitzen. In einem akkreditierten oder zertifizierten Labor müssen alle Methoden und Verfahren bestimmte Qualitätsrichtlinien erfüllen. Da das Pipettieren in fast jedem Labor stattfindet, müssen demnach auch die Pipettenspitzen zertifiziert sein. Diese Spitzen sind in unterschiedlichen Reinheitsstufen erhältlich. So gibt es z.B. speziell für PCR-Anwendungen Spitzen, die laut Herstellerangaben frei von DNase-, DNA, RNase- und Pyrogen sind. Speziell für das medizinische Labor sind IVD-konforme (konform mit der In Vitro Diagnostica Richtlinie 98/79/EG) Spitzen erhältlich. Nahezu alle Spitzen sind für IVD geeignet, wenn Sie im System mit einer Pipette geprüft sind.

Die Pipettenspitzen entwickeln sich auch in andere Bereiche und vereinfachen dort anfallende Arbeitsschritte. Für die Protein- und Peptidaufreinigung hat Eppendorf beispielsweise eine Spitze entwickelt, die in der vorderen Auslassöffnung eine hydrophobe C18-Matrix enthält. Durch einfaches Pipettieren lassen sich so Proteinlösungen entsalzen, aufreinigen oder konzentrieren. Damit lassen sich Proben ohne viel Aufwand für massenspektrometrische Analysen vorbereiten.

Es zeigt sich, dass das Anwendungsspektrum der Pipettenspitzen ständig wächst und mit zunehmenden Ansprüchen die Spitze locker mithalten kann.

*Der Autor ist freier Mitarbeiter bei LaborPraxis E-Mail: o.spoerkel@labsciences.de

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