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        一次偉大的摸魚,讓全世界生物實驗室徹底改觀!

        發表時間:2022/8/12 13:14:56  來源:返樸  作者:趙杭  瀏覽次數:544  
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        說起實驗室的儀器設備實驗狗們如數家珍,移液槍、離心機、EP管、超凈臺更是生物實驗室的標配,是實驗狗們吃飯的家伙什,但是你們真的了解它嗎?

        以最常用的移液槍為例,它是誰發明的呀,什么時候發明的呀,最開始是什么樣子的,是先有移液槍還是先有槍頭?是不是一無所知,瞬間陷入了裝樣的盲區?

        接下來熟讀此文,保你以后帶師弟師妹們用槍的時候,不僅講實驗口吐蓮花,更能侃侃而談聊八卦,收獲他們的星星眼。


        1925年,海因里?!な┠崽?/span>(Heinrich Schnitger)出生于德國威斯特伐利亞(Westphalia)的萊姆戈(Lemgo)。他的父親是一位發明家,設計了一種曾經廣泛使用的自行車鎖。施尼特從小耳濡目染,小小年紀就可以對各種小玩意兒修修補補和升級改進,展現了一個發明家的天賦。

        二戰期間,作為一名德國士兵,他在戰場上得到一個好消息和一個壞消息。好消息是他不用上戰場送死了;壞消息是,他不用上戰場是因為他被檢查出肺結核!從戰場退下來后,海因里希開始學習醫學。多年以后他向同事們提起這件事時說到,他對醫學毫無興趣,學醫純粹為了給自己治病,“保護自己免受無能醫生的戕害”。

        1957年,“平平無奇”的一年。這一年,蘇聯發射了第一顆人造地球衛星斯普特尼克1號;丹麥科學家延斯發現了鈉鉀泵;一位年輕科學家剛剛當上哈佛助教,他的名字叫詹姆斯·沃森;這一年,另外兩位年輕的物理學家楊振寧和李政道得了諾貝爾獎。這一年,33歲的海因里希來到了德國馬爾堡大學(University of Marburg),在生理化學研究所所長西奧多·比徹(Theodor Bücher)的研究小組做博后。

        海因里?!な┠崽?/span>

        他的導師西奧多給他安排的任務是研究含磷代謝物,實驗操作中需要反復吸取不到1毫升有毒的甲酸。海因里希對這種簡單重復的流水線式工作嗤之以鼻,更何況當時用來吸取甲酸的儀器也讓人開心不起來。

        事情還要從19世紀40年代說起,那時候微生物學雙雄之一的路易·巴斯德(Louis Pasteur)發現了環境中微生物是造成食物腐敗、人體生病非常重要的原因之一,為了研究微生物時候能吸取一些微量液體或者單克隆菌落,巴斯德使用了帶尖端的玻璃管:將玻璃管中間燒軟,然后拉長拉細截斷,這樣可以得到尖端非常細的玻璃管,就能容易地移取小體積的液體了。

        吹燒玻璃管

        是不是很熟悉?沒錯,他開創的巴斯德移液管(Pasteur pipette)就是實驗室常用的膠頭滴管的前身(嚴格來說,成熟的吹燒玻璃管是后人升級的,但是為了紀念巴斯德,于是統一稱作“巴斯德移液管”)。

        一個世紀過去了,生物學實驗室仍舊在巴斯德移液管的基礎上改來改去打補丁,到了海因里希這個年代用的嘉士伯吸管(Carlsberg pipette)甚至還要用嘴吸!且不說吸有毒有害液體稍不留神吸到嘴里導致中毒或感染(在1915年的一份報告中,57個實驗室報告了47例感染,其中40%是通過口腔移液),就算試劑無毒無害,一不小心滿嘴嘎嘣脆的玻璃碴子誰也受不了??!

        用嘴直接吸取試劑

        現在的生物狗每天做實驗起碼得用兩三盒槍頭,而海因里希只能每天嘴吸幾百次,嘴都酸了,導致他干了兩天直接擺爛罷工。導師西奧多見他好幾天沒來實驗室,大為光火,但就在導師要發飆準備炒海因里希魷魚的時候,海因里希帶著一個小玩意兒回來了。

        世界上第一把移液槍

        這是一個改造后的結核菌素注射器,海因里希在活塞下方添加了一個彈簧,彈簧彈起活塞用來吸取液體,同時彈簧上部設置了擋塊以固定每次的移液量。注射器針頭也換成了聚乙烯的細塑料管(這個細塑料管就是槍頭的前身,移液槍和它的槍頭從出生的時候就是鎖死的CP,沒想到吧)。這個小玩意兒用起來方便輕松,而且沒有了用嘴吸的危險,實驗室的人用了都說好!

        導師西奧多見狀大加贊賞,非但不再提解聘的事情反而鼓勵海因里希,大致意思就是:你這次摸魚的結果很好,這個小玩意兒你繼續完善完善趕緊搞出來,科研工作可以放一放,摸魚什么的請加大力度!(還有這好事兒?)很快,海因里希在移液槍1.0的基礎上加了第二個彈簧,這樣就可以在排液結束時把槍頭殘留的一丟丟液體“吹”出去,這也就是現代移液槍的“一吸兩打”功能的第一次出現。

        在制造了第一把移液槍的幾個月后,也就是1957年5月3日,海因里希申請了專利,最終于1961年4月24日獲得專利批準。沒過多久專利就被一家公司買走了,收購專利的不是別人,正是日后大名鼎鼎的Eppendorf公司。Eppendorf公司在收購的同一時期還開發了一種帶蓋子的小塑料管,也就是EP管。而發明EP管是我們下次要講的故事。

        海因里希的移液槍專利證明

        在海因里希發明移液槍的時候已經想過了要配套一次性槍頭,當時他嘗試用特氟龍為原料制作槍頭,但是效果不佳。買斷移液槍專利之后,Eppendorf的工程師威廉·伯格曼用聚丙烯替代特氟龍,發現效果奇佳。

        之后,能換槍頭的移液槍和自帶卡扣式帽子的EP管這一組合風靡全球的實驗室。而迷你離心機的加入使之成為實驗室標配“鐵三角”將是我們下下次的故事。

        海因里希和Eppendorf公司的移液槍

        再到1973年,排槍也出現了,實驗狗已經可以快樂地處理96孔板了。

        但是到這一步,移液槍還有一個重要功能沒有實現,那就是可調節量程。最初的移液槍可以設置多個通道(例如25、50、75、100 μl),勉強算可調節量程,但也只能在這四個里面切換。

        1974年法國Gilson推出了第一支單道可調量程移液器,它可以在一定范圍內任意調節量程,并把它命名為Pipetman。再之后的70年代末期,Gilson又將吸液/排液按鈕與退吸頭按鈕相互獨立。

        至此移液器的究極形態進化完成,功能上和現在你在實驗室見到的移液槍別無二致了。但是要說那時候地移液槍長相嘛,真的是有點自由發揮、五花八門了。

        20世紀70年代風格迥異的移液槍

        再后面移液槍發展就沒有太大改動了,只是在原有基礎上做一些微小升級。加個電動小馬達呀,重新排布下布局呀之類的。請注意此時還在70年代,世界上第一個PCR反應還要在幾年之后的1983年才出現。

        現在常用的移液槍樣式

        故事講到這里你可能會問,移液槍的發明人海因里希后來怎么樣了呢,為什么一點關于他的消息都沒有了呢?因為他去世了。1964年,在巴伐利亞的埃布西(Eibsee)一個湖中游泳時,海因里?!な┠崽夭恍夷缤?。距離他的專利獲批僅僅兩年多,他離開這個世界的時候不會知道,自己的發明將來會如何風靡全世界的生物實驗室。

        海因里希向來是一個有發明天賦的人,早在他在馬爾堡大學醫學院求學時,就發現手動測量血液凝固的實驗極其耗時,因此開發了一種儀器,使用兩根特殊排列的導線作為電極,電極在血液中來回移動,直到凝結的血液在導線之間形成永久性傳導觸發一個停止時鐘。

        幾家大公司的開發團隊都曾嘗試開發這個儀器,但是全都以失敗告終,只有他單槍匹馬以簡陋的條件成功了。如果他沒有去世,可能會發明更多對實驗室很有幫助的儀器設備。

        他發明的移液槍吸起實驗室的一滴滴小小液體,掀起了生物科研領域的驚濤駭浪。他自己化身一滴液體,長眠在了1964年巴伐利亞安靜的湖面之下。

        海因里?!な┠崽?,1925年5月10日 - 1964年8月27日

        參考資料

        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.jpg

        3.https://www.wiki.de-de.nina.az/Heinrich_Schnitger.html

        4.https://pasteur-pipette.com/history-of-pasteur-pipettes/

        5.https://www.mta-dialog.de/artikel/heinrich-schnitger-und-die-entwicklung-der-kolbenhubpipette

        6.https://www.instructables.com/How-to-Make-a-Your-Own-Glass-Pipette/

        7.https://thebiomedicalscientist.net/science/no-more-sucking-60-years-micropipette

        8.https://www.chemistryworld.com/opinion/schnitgers-pipette/7789.article

        9.https://www.the-scientist.com/foundations-old/the-original-micropipette-48026

        10.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1369176/

        11.https://en.wikipedia.org/wiki/Pipette#/media/File:2Pipettierhilfen.jpg

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