移液器徹底改變了世界之旅

文/Ilka Ottleben

圖1 離心微升系統的整體方法與標準于二十世紀六十年代在實驗室世界建立

1945年6月，第二次世界大戰剛結束幾周，德國Lübeck-Travemünde市便成為自行車商務旅游的起點：為Eppendorf股份公司的成立提供了交通便利。分別來自漢堡市與漢堡大學Eppendorf醫學中心理論研究所的Hans Hinz與Heinrich Netheler博士，為使自己在技術得以應用，合伙成立儀器公司。時至今日，在衛生事業領域發揮最大作用，仍是公司的信條。

事業初見成效：1945年7月，該公司與高校管理層簽訂合作協議，由Heinrich Netheler博士任“物理測量技術醫療器械工作組”負責人。大學管理部門允許其將儀器設備安置在醫院空地25號簡易房中使用。該協議的條件是：所使用的儀器設備需用于“支持科學研究、滿足理論科學研究需求?！?/p>

第一塊里程碑

醫療器械研究所遇到的挑戰并非經濟形勢嚴峻而是缺少必要的實驗材料。1946年3月8日，從工作站發展起來的企業“電子醫療設備有限責任公司”需要根據醫生需求在最短時間內拿出創新型醫療器械解決方案。從水銀燈穩定控制裝置合同中誕生了第一支商用Eppendorf光度計。該移液器在1949年漢諾威工業展上作為樣品公開展示，為酶法分析帶來革命性轉變。伴隨著光度計的產生，Eppendorf逐漸形成了品牌概念。1963年，120名職工最終將其定名為“Eppendorf儀器制造Netheler&Hinz有限責任公司”。

Marburg移液器

第一支Eppendorf移液器誕生的合同由新近成立的公司中的Theodor Bücher博士接手。戰前，Theodor Bücher博士在Otto Warburg教授酶技術領域中從事研究工作。1958年，時任Marburg大學生理化學教授的Bücher博士告知Netheler博士：一位同事發明出小容量檢測用裝置并已申報專利。該項信息迅速引起Netheler博士興趣。當時，人們利用玻璃吸管在毫升級范圍內移液，液體的吸取需使用移液輔具，例如，通過移液管吸球或通過連接軟管用嘴吸，而用嘴吸取樣本可能危及實驗室工作人員人身安全。由于精度不高、重復再現性能差，在處理量小的液體樣本時異常困難。

Bücher先生的同事Heinrich Schnitger博士在進行科研工作過程中，必須能夠從小白鼠肝臟中提取小量樣本，該項任務極具挑戰性，為此，他研發出第一支微量移液器（活塞式移液器）。時至今日，人們仍然將該種移液器稱為Marburg移液器或Schnitger移液器。

1957年申報、1960年批準的專利“快速和準確吸取少量液體裝置”表示：“很長時間以來，無需耗費太多精力和注意力便能吸取1至100微升少量液體進行移液。

降低電壓和電流會引起噪聲,噪聲讓圖像有顆粒性,對圖像質量有影響,肋骨及其附近的軟組織和肺內氣體區分度高,噪聲能夠因此得到彌補,因此將CT劑量降低到12 0 m A時,圖像質量受到的影響不大,對結果沒有干擾。

所能達到的絕對精度：尤其是同一儀器所能實現的重復再現精度盡可能不低于移取大量液體時精度，即，絕對精度約1%，重復再現精度約0.5%至0.5‰?！?/p>

第一支活塞式移液器是一支能夠按照位移原理工作的移液吸管，具有可移動式活塞與空氣柱。Schnitger博士認為他發明的移液器結構中的插入式吸嘴由“化學惰性和疏水性塑料材料制作而成，例如，由聚乙烯等材料制作”唯一接觸液體的一次性用品。

Schnitger先生授權Eppendorf公司獨家許可，從事“Marburg吸管”的生產和銷售。同樣，該公司在他的協助下通過多次設計與改進滿足移液器在臨床化學實驗室的使用需求，奠定了Eppendorf針式移液器研發生產的基石。

微升系統

活塞式移液器的首次工業化生產推動了微升級容量移液器系統的研發?？刹鹦夺樇庑臀扉_啟了工業化生產進程，實驗室工作過程中使用的反應容器同樣出現了適用于小容積品種類型的移液器。1963年，第一支Eppendorf管式移液器問世，具有Eppi之稱的革命性1.5 mL反應器迅速出現于世界各地的醫學和科學實驗室之中。每項試驗都需要運用非常干凈的容器來放置樣本：尤其是分子生物學和臨床醫學研究過程中，沒有Eppi和它之后一代又一代開發的新產品、沒有特殊材料和一次性吸嘴根本不可能。在離心機、搖床或試管加熱板等實驗室設備中，一直保持該種“范式轉移”移液器，最終“Eppendorf微升系統”誕生并成為科研和臨床化學的全球基準。

憑借在1964年推出的微量液體移液系統，分子生物學領域或天然藥物研究領域中量小但價值很高的樣本能夠被安全可靠的檢測分析。在臨床化學領域，微升系統的引進大大減少疾病診斷分析時所需的采血量，為患者帶來更多舒適與安寧。

1965年Eppendorf公司開始漢堡市Barkhausen路總部建造。1996年，Eppendorf公司移液管的銷售收入超過一百萬大關，但在短短五年后又突破千萬大關。由于實驗人員對移液管和吸嘴具有大量需求，1975年Eppendorf公司又在Oldenburg市、Holstein市新建兩個生產廠，時至今日，仍在生產各種移液器耗材，一年前，該公司招聘了500名職工。

容積原則

精度和重復精度對移液器是評價移液器性能的重要指標。通過技術上的不斷開發，在隨后的幾年里，Eppendorf公司成功改進第一種型號移液器的精度和準確度。產品的組合式開發設計和生產制造越來越以用戶需求為主導。在微升系統領域中，這種趨勢從一開始的剛性實驗室結構向著越來越靈活、模塊化系統方向發展，而且，對移液提出更高的靈活性需求。從最初固定容積移液器設計開始，微升移液系統同樣出現可調容積式移液器。

同時，Eppendorf公司十分重視用戶對移液器移液量和移液速度的需求。早在Schnitger先生時代，物理檢測參數對移液管具有影響和限制。1979年，第一支活塞式移液管問世后的17年，Eppendorf公司再次向生命科學市場領域推出革命性具有容積原理工作的Multipette手持式分液器。時至今日，該種人工手動式分液器仍然是Eppendorf公司最成功的產品之一（參見圖2）。

Multipette手持式分液器無需反復吸液就可以連續分液且具有較高移液量需求；另一方面，Eppendorf公司開發出完全不同于移液管的移液原理：即，移液過程中，溫度等物理參數或移液介質的化學物理特性對移液精度影響更小。

容積式移液采用特殊的移液原理：具備與被移液介質直接接觸的內置活塞，能夠排除移液器吸頭中的空氣，使具有容積原理的移液器能夠在移液管系統中無法勝任的場合中使用，例如，在具有高蒸汽壓力、高粘度或高密度的移液場合中使用，避免無意中因氣溶膠形成的氣墊帶來的交叉污染。從那以后，Eppendorf公司便能夠以Combitip品牌名稱生產和銷售容積原理移液器吸頭。

百萬支移液器

1981年，Eppendorf公司賣出了第一百萬支移液器：1979年投放市場的Varipette4710型定制版移液器。此時，該公司職工人數已發展到約700人。從1980年開始，日本已成為繼美國之后的第二大移液器出口國，移液器的銷售量具有巨大的增長潛力。Eppendorf品牌同樣成為全球注冊的著名品牌。

圖2 Eppendorf公司的Multipetten/Repeater移液器為串行配藥提供便利

這段時間，分子生物學領域出現了劃時代的研究成果，例如，1983年Kary Mullis發明了PCR（聚合酶鏈式反應）并因此于1993年榮獲諾貝爾化學獎。該種最小量DNA周期性能夠使DNA在一定溫度條件下進行反應并能夠使其進行特殊復制，是未來分子生物學研究、疾病診斷、法醫學和無數其他應用領域以及科學研究過程中不可或缺的方法。該種方法以沒有絕對交叉污染為前提，滿足了分子生物學、微生物學與細胞生物學和其他許多方法殺菌消毒的要求，而且，Eppendorf公司同樣承擔提供耗材和供應移液器責任。1990年，Eppendorf公司將第一種高壓滅菌式移液器Varipette4810投放市場。1991年，投放市場的Bio-master移液器避免了氣溶膠的形成，從而，徹底避免了交叉污染。特殊的過濾方案使該種移液器能夠配置成移液管式結構形式。

圖3 新型劑量工具：EpMotion 5070、5073及5075自動液體處理系統

從1976年起，由Eppendorf生產的容量式移液器便能夠按照一鍵式操作原理使用。1995年，投放市場的Research 3110型移液器采用兩鍵式操作：除操作控制按鈕之外，還有吸頭拆卸按鈕，該種移液器設計原則在世界各地許多科研機構中廣受歡迎。從此，Eppendorf公司結束了實驗室中并行存在、兩種基本形式移液器之間孰好孰壞的爭吵。專為實驗室科研應用量身定制的Research系列移液器同樣屬于Eppendorf公司，至今仍為十分受歡迎的手動式移液產品。

移液量和數字化

20世紀末，21世紀初，檢測分析樣本數量呈持續性增長，在臨床領域中表現尤為突出。許多地區成本費用壓力越來越大，因此，出現了高效移液解決方案與實驗室工作流程自動化強烈需求。與此同時，軟件技術、電子技術與蓄電池技術迅猛發展，實驗室檢測分析向數字化方向發展。

1994年，Eppendorf公司推出第一款8至12通道的多道移液器Titerman 4908，能夠讓研究人員從此快速、高效完成操作，例如，96孔板移液系列操作。1998年，Eppendorf公司推出Research Pro系列電動移液器。該解決方案允許用戶以更高的速度、更高的操作可靠性和較高的重復精度毫不費力完成復雜的移液任務。在移液過程中，電動移液器也能夠完成部分容量移液任務，從而開辟移液處理領域的新天地，多通道型移液器明顯提高了時間效率和移液量。

關注用戶

市場中出現的新產品，例如，2010年投放市場的Explorer系列電子移液器所提供的遠遠超出了減輕疲勞和提高移液的重復精度。編寫復雜報告的可能性、完成例行工作的可能性或者將使用報告保存到歷史日志中的可能性都進一步的簡化了實驗室的工作流程。

Eppendorf公司還通過高水平的軟件設計和移液器硬件設計實現了簡單而且直觀的操作系統。提高了的要求以及在受監管的應用場合中，可以使用像Explorer plus移液器這種有著密碼保護或者顯示維護保養周期的電子移液器。據預測：未來許多領域中對數據記錄和數據處理的要求將會繼續增加。這也是Eppedorf公司未來以用戶為中心解決方案中可以解決的一種趨勢。

人體工程學的要求

從1970年起，Eppendorf公司便將用戶以及用戶需求作為產品研發的重點并開始按照人體工程學原理優化產品。2003年，Eppendorf公司的Physio Care Concept人體工程學理念問世。作為一項整體性解決方案，實驗室工作流程需要將職工健康和舒適度結合在一起。

符合人體工程學的移液器設計需要按照當前人體工程學知識和原理對移液操作以及移液器外形、重量和重量分布、操作按鈕的相互位置或所需操作力和吸頭的配合精度等方面進行優化。最著名的便是移液器的吸嘴問題：移液器吸嘴既不能有太高的“附著力”，緊緊的“抓住”移液器不放，也不能太松影響移液效果，該問題通過加裝彈簧以及經具有彈性的吸嘴圓錐限制吸嘴最大插裝力方式解決，整支移液器重量一直在不斷減少。除操作的舒適性和易于使用外，還應防止用戶患上RSI重復性疲勞綜合癥風險。對電子移液器來講，直觀的操作界面或較好的可讀識性能屬于人體工程學設計范疇。

2009年，投放市場的Research plus系列移液器是Eppendorf公司提供的重量只有80克超輕量級移液器，為人體工程學移液器樹立新尺度。

Eppendorf公司負責營銷工業市場、醫療保健、醫療器械領導人Kay Koerner博士表示：“為實現如此輕的重量，選用材料也應該能夠按照準確的方式相互匹配?！痹摲N材料必須重量輕，同時，堅固耐用、抗沖擊、耐磨蝕并具有較低的導熱性和較大的熱容量。在長期的批量移液過程中，手的溫度是影響移液精度的重要因素；各種材料的相互組合對于諸如高壓滅菌等過程具有非常重要的作用。將所有優點結合到一起并不容易。

圖4 漢堡總部：Eppendorf自2000年起采用股份制，如今，有超過3000員工，歸創始家族所有

除此以外，Koerner博士表示：“所有材料必須是‘經濟實惠、買得起的產品’。Eppendorf公司在活塞式系列Research plus移液器中使用Foltron——一種在航天領域中使用的聚合物。在過去的10年到15年時間里，我們在塑料與材料方面做了許多工作。研發工作還遠遠沒有結束，未來十年內，繼續研發、生產的移液器會更輕或更加容易使用新材料并將更多的新功能結合到一起?！?/p>

從微升到納升

越來越輕、越來越快，意味著移液量也越來越小嗎？Eppendorf公司移液產品全球銷售經理Florian Bundis博士表示：“在手動移液過程中，至今打破企業創始人的微升級記錄——估計將來也不會。當然，我們將移液器精度和準確性明顯改進提高，所能達到的公差水平相當高、偏差相當小，在手工操作的移液系統中已無法繼續改進提高。雖然，今天的校準實驗室有能力完成小于1微升手工移液校準，受環境條件影響，例如，風或溫度波動和操作者移液器握持方式本身等均在常規實驗條件下極大影響了移液的精度和準確性，使手動移液精度和準確性無法在納升級范圍內繼續傳承下去。此時，人們只能依賴自動化移液系統?！?/p>

Eppendorf公司從2003年開始就為實驗室自動化提供epMotion系列移液器——一種能夠在微升與納升級范圍內大量移液的高重復精度移液器。該系列移液器配有多種可選附件，例如，運輸夾具、真空工作臺、內置混合器或溫控裝置；典型的應用范圍，例如，臨床研究中心或藥物研究中心等。當前Eppendorf公司提供的epMotion系列的移液器有5070型、5073型和5075型三種型號，配備自動移液系統以及它們的附件和耗材，可以完成最小移液量10微升至最低200納升，有效簡化實驗室工作流程。

Koerner博士表示：“自動移液系統是Eppendorf公司增長勢頭最強的經營領域；該領域具有兩個主要發展方向，一個是大型自動化移液系統、大容量的自動化移液系統；另一個是專門完成特殊移液任務的專用型自動化移液系統?！?/p>

擁有12級精密度

過去，Eppendorf公司通過研究與臨床實踐革命性開發微升級移液系統,時至今日，已成為全球實驗室標準配置。50年后，該公司產品的覆蓋面之大將無法估量：1985年，該公司在檢測分析儀器設備制造領域中，成功推出的移液器能夠在細胞注射系統研發過程中直接完成向活細胞注射任務；該注射任務在顯微鏡下將毫微微升級液體注射至細胞內（1毫微微升=10-15升=微升的十億分之一），該移液系統至今仍應用于不同生物醫學研究領域。移取液體量如此之?。阂幻腌娺B續注射，300年才裝滿1.5毫升反應管。利用自動化移液系統能夠成功將移液系統應用于納升級超微量應用領域。在手動和電子移液以及分液過程中，Eppendorf公司的產品涵蓋微升和毫升領域。除此之外，該公司仍然需要像從前一樣生產帶有毫升刻度的血清移液器，包括：所需的附件與耗材。 ■