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      自動化液體定量控制裝置的發展歷程

      2022-09-27 15:05:34

        自動化液體定量控制裝置的起源要追溯至20世紀70年代,當時微型直流電動機和閥門技術的發展,導致了高精度的基于注射器的半自動移液裝置的引入。1971年,漢密爾頓公司(Hamilton)推出了數字稀釋器,一種半自動直流電動機驅動的可調式移液裝置,其使用了兩個注射器作為移液活塞。70年代年代后期微處理器技術的發展使得對馬達和閥門功能序列進行編程成為可能,導致了全自動的基于注射器的移液裝置的發展。

        20世紀80年代,電機和微處理器技術的發展使一個真正的自動化液體定量控制工作站得以發展,主要來源于由臨床放射免疫分析的市場需求。漢密爾頓公司和TecanAG在20世紀70年代末合作開發了漢密爾頓AMICA系統,它是一個基于電機控制注射器的微處理器控制的流體控制系統,用于工業分析。AMICA系統的開發及技術轉移促進了漢密爾頓2000系列和TecanSamler500/RSP5000系列工作站的發展。

        1982年-1984年,一家名叫Infinitek的公司一直在開發一種機器人液體處理工作站,專門用于藥物發現、微平板分析技術。該公司后來賣給了貝克曼·庫爾特(BeckmanCoulter)。一年后貝克曼·庫爾特推出Biomek1000,它是垂直機械臂和定位平臺的組合。Biomek具有可互換的多通道、基于移液吸頭的液體處理工作站。

        CetusPropette出現于1986年,是一種小型的、12通道、多微滴板液體轉移裝置,主要用于微板轉移和洗板。Z初是由Cetus工程師為白細胞介素-2自動化檢測的需求而設計的,但也非常受PCR工作者們的歡迎。隨后,與PerkinElmer的合作,推向生物技術領域的其他領域。

        1987年漢密爾頓引進了MicroLabAT,用于批量檢測全血中的艾滋病和肝炎病毒。MicroLabAT具有可變跨度,12通道,一次性吸頭等特點。

        1990年,TomTec公司開發了一個96通道的液體處理工作站Quadra96,它有一個定位臺底座,用于放置微板、移液吸頭和儲液槽,在z軸上安裝了一個96通道的移液頭。

        現今的自動化液體定量控制工作站都是從這些早期的基本設計發展而來的,增加了實驗室各步驟需求和軟件多功能性。而無論液體處理工作站技術如何發展和更新,移液模塊始終是工作站的核心,目前市面上移液方式主要有以下三種:

        空氣置換式

        如Eppendorf和Hamilton的自動化工作站,這個移液原理和實驗室用的移液槍是一樣的;利用空氣置換原理來實現的吸液工作,包括使用彈簧活塞方式,或者使用高精度的注射泵來進行液體的定量吸排。使用彈簧活塞的方式進行移液時,需要設置一定的體積V1,通過壓縮活塞將空氣排出,并將移液槍頭插入到溶液的液面以下,從而使得活塞與液面之間形成一個密封的空間,此時將活塞恢復原位,在大氣壓的作用下,溶液被吸入到移液槍頭中,其溶液的體積V2=排出的空氣體積V1。

        液路式

        如Tecan、Beckman和PE的一些老型號的機器,有個長長的管路,通過管路內的液壓來控制吸排液體。液路式的好處在于可以通過吸排液來清洗吸頭,吸頭能重復使用,降低了耗材使用成本,但可能會導致樣本間污染。

        非接觸式

        可實現納升/皮升體積的移液范圍,非接觸式移液方法包括閥門分配技術、噴墨技術、玻璃毛細管分配器和超聲波液滴生成技術等,其中一些技術是為印刷工業開發的,但現在已成為生命科學領域微陣列和“芯片實驗室”系統的重要組成部分。


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