如果问,谁是生物狗实验室里最亲密的伙伴?
很多人的答案,会是「枪」:
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搞错了,是这把:
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毕竟,牵对象手的时间(如果有的话),也没有牵移液枪的时间长。
每天吸打上百次,多多少少为科研人们带来腱鞘炎,腕管综合征等职业病,但即便如此,相信大家还是不得不为这项智慧的发明点赞。
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不过这么好用的东西出现在实验室里还不到 50 年。那在移液枪发明之前,科学家是怎么做实验的呢?
答案非常原始粗暴:
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为了研究微生物时候能吸取一些微量液体或者单克隆菌落,巴斯德使用了带尖端的玻璃管:将玻璃管中间烧软,然后拉长拉细截断,这样可以得到尖端非常细的玻璃管,可以容易地移取小体积的液体了。
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是不是很熟悉?
没错,他开创的巴斯德移液管(Pasteur pipette)就是实验室常用的胶头滴管的前身(严格来说成熟的吹烧玻璃管是后人升级的,但是为了纪念巴斯德于是统一称作巴斯德移液管)。
当需要精确移液时,科学家们使用的嘉士伯吸管(Carlsberg pipette)是一端放在溶液中,一端放在嘴里,眼睛瞄着刻度来完成。
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不小心吸大劲儿了,吸到嘴里怎么办?
不打紧,入口的一端塞点棉花就行。
但说实话这样也没有让操作体验好到哪里去,毕竟除了一些常规试剂,还有各种菌液,病毒,甚至是粪便,尿液病毒等。味道直冲天灵盖的酸爽还算是轻的,更危险的还是无法避免的感染事故。
有史料记载的第一次因嘴部移液导致的感染发生在 1893 年,一位内科医生在操作时因为意外而吸入了伤感杆菌的培养液,不幸中招。
有调查指出,到 1915 年,约有 40% 的实验室源感染事件都是因吮吸移液导致的。
几乎每五次吮吸移液操作中就有一次会发生感染。
这样反人类的「吸」液操作用了多久呢?
一个多世纪!生物学实验室一直在巴斯德移液管的基础上改来改去打补丁。总的来说都逃不过用嘴吸。甚至现在这样的吸液方式也没有绝迹。
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直到一个人出现,才让这件事有了彻底的改观,他就是我们今天故事的主角——海因里希·施尼特(Heinrich Schnitger)。
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1925 年,海因里希出生于德国。他的父亲是一位发明家,设计了一种曾经广泛使用的自行车锁。施尼特从小耳濡目染,小小年纪就可以对各种小玩意儿修修补补和升级改进,展现一个的发明家天赋。
二战期间,作为一名德国士兵,他在战场上得到一个好消息和一个坏消息。
好消息是他不用上战场送死了;
坏消息是,不用上战场的原因是他被检查出肺结核!
从战场退下来后,海因里希开始学习医学。多年以后他向同事们提起这件事时说到,他对医学毫无兴趣,学医纯粹为了给自己治病——「保护自己免受无能医生的戕害」。
1957 年,「平平无奇」的一年。
这一年,苏联发射了第一颗人造地球卫星斯普特尼克 1 号;丹麦科学家延斯发现了钠钾泵;一位年轻科学家刚刚当上哈佛助教,他的名字叫詹姆斯·沃森;这一年,另外两位年轻的物理学家杨振宁和李政道得了诺贝尔奖。
这一年,33 岁的海因里希来到了德国马尔堡大学(University of Marburg),在生理化学研究所所长西奥多·比彻(Theodor Bücher)的研究小组做博后。
他的导师西奥多给他安排的任务是研究含磷代谢物。
实验操作中需要反复吸取不到 1 毫升有毒的甲酸。海因里希对这种简单重复的流水线式工作嗤之以鼻,更何况当时吸取甲酸的方式也让人开心不起来。
相比起现在的生物狗每天做实验起码得用三两盒枪头,而海因里希每天嘴吸甲酸几百次。
是真的很累,嘴都酸了,干了两天直接摆烂罢工。
导师西奥多见他好几天没来实验室大为光火,就在导师要发飙准备炒海因里希鱿鱼的时候,海因里希带着一个小玩意儿回来了。
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这是一个改造后的结核菌素注射器,海因里希在活塞下方添加了一个弹簧,弹簧弹起活塞用来吸取液体,同时弹簧上部设置了挡块以固定每次的移液量。
注射器针头也换成了聚乙烯的细塑料管(这个细塑料管就是枪头的前身,移液枪和它的枪头从出生的时候就是锁死的 CP,没想到吧)。
这个小玩意用起来方便轻松,而且没有了用嘴吸的危险,实验室的人用了都说好!
导师西奥多见状大加赞赏,非但不再提解聘的事情反而鼓励海因里希:你这次的摸鱼的结果很好,这个小玩意儿你继续完善完善赶紧搞出来,科研工作可以放一放,摸鱼什么的请加大力度(还有这好事儿?)!
很快,海因里希在移液枪 1.0 的基础上加了第二个弹簧,这样就可以在排液结束时把枪头残留的一丢丢液体「吹」出去,这也就是现代移液枪的「一吸两打」的功能的第一次出现。
在制造了第一把移液枪的几个月后,也就是 1957 年 5 月3日,海因里希申请了专利,最终于1961年4月24日获得专利批准。
没过多久专利就被一家公司买走了,收购专利的不是别人,正是日后大名鼎鼎的 Eppendorf 公司。
Eppendorf 公司在收购在同一时期还开发了一种带盖子的小塑料管,也就是 EP 管,而发明 EP 管是我们下次要讲的故事。
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海因里希的移液枪专利证明
在海因里希发明移液枪的时候已经想过了要配套一次性枪头,当时他尝试用特氟龙为原料制作枪头但是效果不佳。买断移液枪专利之后 Eppendorf 的工程师威廉·伯格曼用聚丙烯替代特氟龙,发现效果奇佳。
之后,能换枪头的移液枪和自带卡扣式帽子的 EP 管这一组合风靡全球的实验室。
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再到 1973 年,排枪也出现了,实验狗已经可以快乐地处理 96 孔板了。
但是到这一步,移液枪还有一个重要功能没有实现,那就是可调节量程。最初的移液枪可以设置多个通道(例如 25、50、75、100 μl)勉强算可调节量程,但也只能在这四个里面切换。
1974 年法国 Gilson 推出了第一支单道可调量程移液器可以在一定范围内任意调节量程,并把它命名为 Pipetman,再之后的 70 年代末期,Gilson 又将吸液/排液按钮与退吸头按钮相互独立。
至此移液器的究极形态进化完成,功能上和现在你在实验室见到的移液枪别无二致了。但是要说那时候地移液枪长相嘛,真的是有点自由发挥、五花八门了。
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再后面移液枪发展就没有太大改动了,只是在原有基础上做一些微小升级,加个电动小马达呀,重新排布下布局呀之类的。请注意此时还在 70 年代,世界上第一个 PCR 反应还要在几年之后的 1983 年。
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故事讲到这里你可能会问,移液枪的发明人海因里希后来怎么样了呢,为什么后续一点关于他的消息都没有了呢?
因为他去世了。
1964 年在巴伐利亚的一个湖中游泳时,海因里希·施尼特不幸溺亡。
距离他的专利获批仅仅两年多,他离开了这个世界的时候不会知道,自己的发明将来会如何风靡全世界的生物实验室。
海因里希向来是一个有发明天赋的人。
早在他在马尔堡大学医学院求学时候,就感觉手动测量血液凝固的实验极其耗时,因此开发了一种仪器,使用两根特殊排列的导线作为电极,电极在血液中来回移动,直到凝结的血液在导线之间形成永久性传导触发了一个停止时钟。
几家大公司的开发团队都曾尝试开发这个仪器,但是全都以失败告终,只有他单枪匹马用简陋的条件成功了。
如果他没有去世,可能会发明更多对实验室很有帮助的仪器设备。
他发明的移液枪吸起实验室的一滴滴小小液体,掀起了生物科研领域的惊涛骇浪。他自己化身一滴液体,长眠在了 1964 年巴伐利亚安静的湖面之下。
学霸君想说:移液枪还有一个可以改进的地方,量程一键最大,懂得都懂
参考资料1.https://biotechinasia.wordpress.com/2015/08/26/a-journey-in-to-the-history-of-micropipettes/2.https://en.wikipedia.org/wiki/File:Early_pipette.jpg3.https://www.wiki.de-de.nina.az/Heinrich_Schnitger.html4.https://pasteur-pipette.com/history-of-pasteur-pipettes/5.https://www.mta-dialog.de/artikel/heinrich-schnitger-und-die-entwicklung-der-kolbenhubpipette6.https://www.instructables.com/How-to-Make-a-Your-Own-Glass-Pipette/7.https://thebiomedicalscientist.net/science/no-more-sucking-60-years-micropipette8.https://www.chemistryworld.com/opinion/schnitgers-pipette/7789.article9.https://www.the-scientist.com/foundations-old/the-original-micropipette-4802610.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1369176/11.https://en.wikipedia.org/wiki/Pipette#/media/File:2Pipettierhilfen.jpg
题图:网络
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