Einkanal-Pipetten im Überblick 
Mehrkanal-Pipetten im Überblick
Manuelle Mikroliterpipetten unterscheiden sich in Sachen Präzision und Exaktheit kaum voneinander. Die Hersteller versuchen sich daher mit den ergonomischen Vorzügen ihrer Modelle zu überbieten.
Auch in Zeiten von Pipettierautomaten und Liquid-Handlern verbringen viele Biowissenschaftler einen nicht unerheblichen Teil ihres Arbeitstages damit, kleine Flüssigkeitsmengen mit einer Mikroliterpipette von Hand zu pipettieren. Die "manuelle Kolbenhubpipette mit Luftpolster", so die technische Bezeichnung der Mikroliterpipette, zählt deshalb nach wie vor zu den wichtigsten Handwerkszeugen des Biowissenschaftlers.
Am prinzipiellen Aufbau moderner Kolbenhubpipetten hat sich seit Ende der fünfziger Jahre, als Heinrich Schnitger in seinem Marburger Labor den ersten Prototyp zusammenbastelte (siehe LJ 6/2013, Seite 59) nichts Wesentliches verändert.
Beim Kräftemessen zwischen Mikroliterpipetten ist im Gegensatz zum Armdrücken eine möglichst kleine Muskelkraft gefragt.
Drückt man mit dem Daumen auf den Pipettierknopf am Kopf der Pipette, verschiebt sich ein Kolben in einem Zylinder, der in den Pipettengriff integriert ist, in Richtung Pipettenschaft. Durch die Kolbenbewegung wird eine Druckfeder am Boden des Zylinders zusammengedrückt, gleichzeitig verringert sich das Volumen zwischen dem Kolben und der Pipettenspitze um ein definiertes Maß. Löst man den Druck des Daumens, so befördert die Federkraft den Kolben in die entgegengesetzte Richtung und das ursprüngliche Luftvolumen stellt sich wieder ein.
Taucht die Pipettenspitze hierbei in eine Flüssigkeit, so wird diese durch den entstehenden Unterdruck in die Spitze gesaugt und darin festgehalten. Bedient man den Druckknopf erneut, verschiebt sich das Luftpolster wieder in Richtung Pipettenspitze und verdrängt ein exakt definiertes Flüssigkeitsvolumen aus der Spitze. Zwischen der pipettierten Flüssigkeit und dem Kolben befindet sich somit immer ein Luftpolster, das verhindert, dass sich Kolben und Flüssigkeit zu nahe kommen; daher auch der Name Luftpolsterpipette.
Direktverdrängerpipetten, die in biowissenschaftlichen Laboren seltener anzutreffen sind und zumeist verwendet werden, um hochviskose oder schäumende Medien zu pipettieren, funktionieren dagegen ohne Luftpolster. Bei diesen ist die Kolbenstange, die Pipettierknopf und Kolben verbindet, deutlich länger und reicht bis in die spezielle Pipettierspitze, so dass sich der Kolben direkt in der Spitze bewegt. Der Arbeitskolben der Pipette kommt hierdurch in Kontakt mit der pipettierten Flüssigkeit und ist nicht durch ein Luftpolster geschützt.
Mehr oder weniger gleich funktioniert dagegen die Einstellung des pipettierten Volumens bei variablen Luftpolster- oder Direktverdrängerpipetten. Da das pipettierte Volumen vom Weg abhängt, den die Kolbenstange beim Druck auf den Pipettierknopf zurücklegt, begrenzt man diesen mit einem kleinen, in den Pipettierknopf integrierten Stellrädchen.
Wenn Mikroliterpipetten richtig kalibriert sind und die pipettierten Volumina nicht meilenweit unter dem Nennvolumen der Pipette liegen, arbeiten moderne Modelle äußerst genau und präzise. Der systematische Fehler, das heißt die Abweichung zwischen dem eingestellten und dem tatsächlich pipettierten Volumen (Richtigkeit), ist bei praktisch allen Fabrikaten nicht größer als 0,5 bis 1,5 Prozent (je kleiner das Nennvolumen der Pipette, desto größer ist der systematische Fehler). Auch bei der Präzision (zufälliger Fehler) sind kaum Unterschiede zwischen den einzelnen Modellen erkennbar. Die Fehlergrenzen liegen hier in der Regel zwischen 0,2 und 0,7 Prozent.
Die Hersteller von Mikroliterpipetten müssen sich also etwas anderes einfallen lassen, um sich mit ihren Modellen von der Konkurrenz abzuheben und bei den Käufern zu punkten. Eines ihrer wichtigsten Verkaufsargumente ist deshalb eine besonders einfache und körpergerechte, das heißt ergonomische Handhabung der angebotenen Pipetten. Zu den ergonomischen Parametern, die physikalisch messbar sind, zählen die Kräfte, die der Daumen aufbringen muss, um den Pipettierknopf zu betätigen, sowie das Gewicht der Pipette. Mit dem Daumen bedient man bei klassisch gebauten Mikroliterpipetten sowohl den Pipettierknopf, um Flüssigkeiten anzusaugen, abzugeben und aus der Spitze auszublasen, als auch den ebenfalls im Pipettenkopf angebrachten Spitzenabwurf-Knopf, um die Spitze abzuwerfen.
Die Kräfte, die die Muskeln und Sehnen des Daumens hierbei aufbringen müssen, sind kein Pappenstiel und addieren sich bei stundenlangen Pipettiermarathons auf ungesund hohe Belastungswerte. Die Kolbenkraft, die der Daumen während des eigentlichen Pipettiervorgangs überwinden muss, ist hierbei noch das geringste Übel. Bei heutigen Pipetten liegt diese zumeist deutlich unter 1 kgf (Kilogramm-Kraft) beziehungsweise 10 Newton (N). Kein Vergleich mit den störrischen Mikroliterpipetten aus vergangenen Tagen, bei denen der Daumen meist gegen einen mehr als zehnmal so hohen Kolbenwiderstand ankämpfen musste.
Wesentlich höher als die Kolbenkraft, und zwischen den einzelnen Modellen auch deutlich unterschiedlicher, ist in der Regel die für das Ausblasen der Spitze aufzuwendende Kraft. Zwischen 1 und 4 kgf muss der Daumen bei den gängigen Fabrikaten hier zumeist leisten, um den Pipettierknopf bis zum zweiten Druckpunkt niederzudrücken.
Die höchsten kgf-Werte und auch signifikantesten Unterschiede zwischen den verschiedenen Fabrikaten sind jedoch bei den Spitzenabwurfkräften zu verzeichnen. Bei konventionellen Mikroliterpipetten läuft der Schaft, der die Pipettenspitze aufnimmt, konisch zu. Die ebenfalls konisch geformte Pipettenspitze wird daher durch sehr hohe Reibungskräfte auf dem Schaft fixiert. Wenn man die Pipette obendrein wie ein Berserker in die Spitzenbox knallt, damit die aufgespießten Spitzen ja gut halten, muss man sich nicht wundern, wenn sich diese nach dem Pipettieren nicht wie von alleine vom Pipettenschaft lösen. Der Daumen muss hier bei einigen Modellen mehr als 4 kgf aufwenden, um die Spitze wieder abzuwerfen.
Gerade mal 0.6 kgf sind dagegen bei einem modernen Modell mit zylindrischem Pipettenschaft für den Spitzenabwurf nötig. Der Schaft wird bei dieser Pipette mit dünnwandigen Spitzen bestückt, deren Enden innen ebenfalls zylindrisch geformt und mit einem feinen Dichtungsring versehen sind. Dieser Trick reduziert nicht nur die Spitzenabwurfkräfte, er erleichtert auch das Aufstecken der Spitzen.
Mit ähnlich niederen Spitzenabwurfkräften glänzt auch die vor gut zehn Jahren eingeführte „Standmikroliterpipette“ die sich in Form und Handhabung deutlich von den klassischen axialen Pipetten abhebt. Mit dem pistolenförmigen Griff und dem nahezu rechtwinklig dazu angeordneten Pipettenschaft erweckt diese auf den ersten Blick den Eindruck einer Pipettierhilfe.
Das unorthodoxe Design ist jedoch wohldurchdacht und folgt konsequent ergonomischen Überlegungen. Durch den rechtwinklig zum Pipettenschaft angeordnete Griff und die verkürzte Gesamtlänge muss der Benutzer den Arm während des Pipettierns weitaus weniger anheben als bei axialen Pipetten. Dies entlastet sowohl die Schulter als auch den Unterarm. Zudem umschließt die Hand den Griff der Pipette mit einer natürlichen Fingerbewegung und bleibt damit erheblich entspannter als bei einer axialen Pipette.
Da auch die Kolben- und Spitzenabwurfkräfte äußerst niedrig sind, müsste man eigentlich davon ausgehen, dass die Standpipette von den meisten Biowissenschaftlern favorisiert wird. So einfach ist die Sache aber nicht. Vor vier Jahren führten amerikanische Arbeitswissenschaftler eine Studie mit 21 pipettiererfahrenen TAs und Wissenschaftlern durch, die den Bedienkomfort und die Benutzerfreundlichkeit fünf gängiger Pipettenmodelle beurteilen sollten (Lichty et al., Work 39, 177-85).
Unter den getesteten Fabrikaten war auch die Standpipette, die mit Topwerten bei objektiven Messkriterien wie den Pipettierkräften aufwartete. Dennoch schnitt sie bei der Studie nur durchschnittlich ab: Offensichtlich haderten die Testpipettierer mit der etwas umständlichen Volumeneinstellung. Diese erfolgt zwar wie bei axialen Pipetten durch Drehung des Pipettierknopfs. Durch die rechtwinklige Anordnung des Schafts ist sie aber ungewohnt und nur schwer mit einer Hand zu bewerkstelligen.
Interessanterweise attestierten die Probanden jeder der fünf getesteten Pipetten zumindest eine positive Eigenschaft. Ein klarer Testsieger, der für jeden Nutzer die beste Wahl wäre, kristallisierte sich jedoch nicht heraus. Die Wahl der richtigen Mikroliterpipette ist also eine sehr subjektive Entscheidung, die man erst treffen sollte, nachdem man verschiedene Modelle im Laboralltag ausprobiert hat.
Einkanal-Pipetten im Überblick
Mehrkanal-Pipetten im Überblick
(Erstveröffentlichung: H. Zähringer, Laborjournal 06/2015, Stand: April 2015, alle Angaben ohne Gewähr)