هاینریش اشنیتگر نمونه اولیه میکروپیپت را توسعه داد

با الهام از اختراع لویی پاستور، پزشک آلمانی به نام هاینریش اشنیتگر در دهه ۱۹۵۰ اولین مدل اولیه میکروپیپت را ساخت. اشنیتگر زمان جنگ جهانی دوم سرباز بود و به بیماری سل مبتلا شد و همین بیماری او را به سمت تحصیل در رشته پزشکی کشاند. او در ۳۲ سالگی به‌عنوان دانشجوی فوق‌دکترا، زیر نظر تئودور بوخر، مدیر موسسه شیمی فیزیولوژیکی در دانشگاه ماربورگ آلمان مشغول به کار شد.

در آن زمان، انتقال مایعات در آزمایشگاه‌ها معمولاً با مکیدن از طریق دهان و استفاده از پیپت‌های شیشه‌ای انجام می‌شد که کاری پرخطر و ناخوشایند بود. اشنیتگر روی پروژه‌ای کار می‌کرد که نیاز به اندازه‌گیری مواد حاوی فسفات داشت، و باید این مواد را با استفاده از کروماتوگرافی ویژه‌ای جمع‌آوری می‌کرد. این کار شامل استفاده از اسید فرمیک بسیار قوی و دیگر مواد شیمیایی خطرناک بود که باید در حجم‌های بسیار کم (زیر یک میلی‌لیتر) برداشت می‌شدند.

شکل 2 محققین در حال استفاده از پیپت های شیشه ای اولیه. برای استفاده از این پیپتها باید مایعات را میمکیدند که کاری خطرناک، طاقت فرسا و غیر دقیق بود.

در طول دوران تحصیل، اشنیتگر از استفاده مکرر از پیپت‌های شیشه‌ای برای برداشتن حجم‌های بسیار کم مایعات خسته و ناامید شده بود. همین موضوع باعث شد تا او به فکر ساختن ابزاری جدید بیفتد؛ وسیله‌ای که نوک پلاستیکی قابل تعویض داشته باشد و با یک پیستون فنردار کار کند. تنها در عرض چند هفته، اشنیتگر توانست یک دستگاه ساده بسازد که به‌جای روش‌های قدیمی پیپت کردن، از مکانیزم پمپاژ پیستونی استفاده می‌کرد.

در اولین تلاشش، از یک سرنگ مخصوص بیماران سل (توبرکولین) استفاده کرد و یک فنر به پیستون آن اضافه کرد تا کار با آن راحت‌تر شود. همچنین برای کنترل مقدار مایعی که باید برداشته شود، یک مانع مخصوص طراحی کرد. به‌جای سوزن سرنگ هم، از یک نوک پلی‌اتیلنی استفاده کرد که خودش آن را از یک لوله پلاستیکی درست کرده بود. به این ترتیب، در سال ۱۹۵۷، هاینریش اشنیتگر در دانشگاه ماربورگ آلمان موفق شد اولین میکروپیپت را بسازد؛ ابزاری که شباهت زیادی به میکروپیپت‌هایی دارد که امروزه در آزمایشگاه‌ها استفاده می‌شود.

بوخر به‌خوبی متوجه شد که این دستگاه جدید چه پتانسیل بزرگی دارد، به همین دلیل اصرار کرد که اشنیتگر باید کار روی توسعه و بهبود آن را ادامه دهد. اشنیتگر در یک کارگاه مکانیکی مجهز که به ابتکار بوخر در مؤسسه راه‌اندازی شده بود، مشغول به کار شد. بر پایه نمونه‌های اولیه‌ای که اشنیتگر طراحی کرده بود، تکنسین‌های آزمایشگاه توانستند نسخه‌هایی از این دستگاه را بسازند تا در آزمایش‌های علمی مورد استفاده قرار گیرد.

شکل 3 تصویر هنریش اشنیتگر

میکروپیپت، تحقیقات پزشکی و بیوشیمیایی را متحول می‌کند

مدتی بعد، اشنیتگر به توسعه و بهبود میکروپیپت ادامه داد و سازوکارهای جدیدی به آن اضافه کرد تا استفاده از آن دقیق‌تر و راحت‌تر شود. یکی از مهم‌ترین پیشرفت‌های او، اضافه کردن یک فنر دوم بود که باعث می‌شد باقی‌مانده مایع راحت‌تر از نوک خارج شود. این دستگاه با استفاده از یک بافر هوایی، پیستون را از مایع جدا می‌کرد و اجازه می‌داد مایع فقط در نوک پلاستیکی باقی بماند. برای تخلیه کامل مایع، کاربر کافی بود مقدار مشخصی فشار وارد کند تا فنر دوم به حرکت درآید و مایع به طور کامل خارج شود.

طراحی این دستگاه هم ساده و هم بسیار کاربردی بود. همین سادگی و دقت باعث شد توجه زیادی از سوی جامعه علمی جلب شود. میکروپیپت زمان انجام آزمایش‌ها را کاهش داد و کار با حجم‌های بسیار کم مایعات را آسان‌تر و دقیق‌تر کرد. این اختراع نه‌تنها روش انتقال مایعات را متحول کرد، بلکه پیشرفت بزرگی در علوم بیوشیمی، زیست‌شناسی و پزشکی به شمار می‌رفت.

شش ماه پس از ساخت اولین نمونه، اشنیتگر با همان مدل اولیه، درخواست ثبت اختراع خود را در آلمان ثبت کرد. این درخواست که در ماه مه ۱۹۵۷ ارسال شده بود، با عنوان “Vorrichtung zum schnellen und exakten Pipettieren kleiner Flüssigkeitsmengen”( به معنی ابزاری برای پیپت کردن سریع و دقیق حجم‌های کم مایعات .م)، در تاریخ ۲۴ آوریل ۱۹۶۱ تأیید شد.

شکل 4 میکروپیپتهای اولیه ای که اشنیگر توسعه داد.

شرکت اپندورف حق تولید انبوه میکروپیپت‌ها را خریداری کرد

در دهه ۱۹۶۰، شرکت آلمانی بیوتکنولوژی اپندورف ، امتیاز میکروپیپت را خرید و تولید انبوه آن را آغاز کرد. این اقدام باعث شد قیمت میکروپیپت به‌طور چشمگیری کاهش یابد و این ابزار مهم علمی برای آزمایشگاه‌ها در سراسر جهان به‌راحتی قابل دسترس شود.

اختراع میکروپیپت قابل تنظیم

در دهه ۱۹۷۰، وارن گیلسون و هنری لاردی ، دو دانشمند از ایالت ویسکانسین آمریکا، میکروپیپت‌ها را بیش از پیش بهبود بخشیدند. آن‌ها نوعی میکروپیپت با قابلیت تنظیم حجم طراحی کردند. این نوآوری به کاربران اجازه می‌داد حجم مایعی را که باید برداشته شود، متناسب با نیاز آزمایش به‌طور دقیق تنظیم کنند، که این ویژگی انقلابی در کارایی و دقت آزمایشگاهی ایجاد کرد.

شکل 5 انواع مختلفی از میکروپیپت های امروی. میکروپیپتها امروزه در آزمایشگاه ها به ابزاری رایج تبدیل شده اند.

میکروپیپت مدرن و مسیر پیش رو

در قرن بیست و یکم، میکروپیپت‌ها بار دیگر دستخوش تحولی چشمگیر شدند؛ زیرا فناوری با سرعتی باور نکردنی پیشرفت کرد. طی این سال‌ها، دانشمندان تلاش کرده‌اند تا محدودیت‌های طراحی اولیه میکروپیپت‌ها را برطرف کنند. نتیجه این تلاش‌ها، تولید مدل‌های بسیار پیشرفته و خودکاری از این ابزار است؛ از جمله پیپت‌های الکترونیکی، پیپت‌های چندکاناله با فاصله قابل تنظیم، و میکروپیپت‌های بلوتوثی که امروزه به عنوان ابزارهایی حیاتی برای جابجایی دقیق مایعات در آزمایشگاه‌های علمی شناخته می‌شوند. طبق برآوردهای اخیر، پیش‌بینی می‌شود ارزش بازار جهانی نوک‌های یک‌بار مصرف پیپت تا سال ۲۰۲۸ از ۱۶۶ میلیون دلار فراتر رود که رشدی سالانه برابر با ۹.۵٪ را نشان می‌دهد.

از زمان اختراع اولیه توسط لویی پاستور و توسعه آن توسط هاینریش اشنیتگر، پیپت‌ها مسیر طولانی‌ای را طی کرده‌اند. امروزه، آن‌ها به ابزارهایی کلیدی و ضروری در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی در سراسر جهان تبدیل شده‌اند