研究室でのピペットの使い方 – 完全ガイド

高校や大学から最先端の研究センターまで、世界中の研究室ではピペットが欠かせない存在です。小型ながらも非常に実用的なこの器具は、様々なサイズ、デザイン、容量があり、用途に応じて使い分けられています。以下では、研究室でピペットを使用するためのベストプラクティスをご紹介します。また、器具の歴史、ピペットの種類、実験器具の用途など、ピペットに関する重要な情報もご紹介します。

実験室用ピペットとは何ですか?

実験室用ピペットは、科学者が液体を安全かつ正確に移送するための専用ツールです。生物学、化学、医学の研究室で広く使用されているピストン駆動式のピペットは、注射器に似ており、基本的な一体型のガラスピペットから高度な電動ピペットまで、様々なデザインがあります。精度と精密さはデザインによって大きく異なるため、研究室はそれぞれのニーズに基づいてピペットを選択します。手動で操作するピペットもあれば、自動技術を搭載したピペットもあります。

実験室のピペットはどのように機能しますか?

ほとんどの実験室用ピペットは、液体保持チャンバー上部の空気圧を利用して液体を吸い上げ、排出します。この空気置換型は手動ピペットと電動ピペットの両方に採用されており、チップを液体表面のすぐ下に挿入します。その後、プランジャーへの圧力が解放され、液体がチップに吸い上げられます。液体を排出するには、プランジャーに圧力を加え、液体をチャンバー内から押し下げてチップから排出します。

実験室用ピペットの歴史

ピペットの概念は1世紀以上前から存在していましたが、最初のマイクロピペットが特許を取得したのは1957年でした。このピペットは、業界をリードする実験器具メーカーであるエッペンドルフの創業者であるドイツの科学者、ハインリッヒ・シュニットガー博士によって開発されました。シュニットガー博士は1961年に商業生産を開始し、エッペンドルフのマイクロピペットは世界中の研究室で急速に人気を博しました。

アメリカの発明家ウォーレン・ギルソンと生化学教授ヘンリー・ラーディも、可変式マイクロピペットの開発で知られています。様々なサイズと容量の組み合わせが可能な可変式マイクロピペットは、実験室における柔軟性を高めます。

マイクロピペットとマクロピペット

精密さを重視して設計されたマイクロピペットは、科学者がマイクロリットル単位の液体を正確に抽出、輸送、分注することを可能にします。マイクロピペットの容量は1～1000マイクロリットルです。マクロピペットはより大量の液体を扱うために設計されており、容量は0.25～5mLです。

ラボ用ピペットの種類

数十年にわたり、メーカーは特殊な用途向けに様々なピペットを開発してきました。今日では、ピペットには様々なデザインがあり、精度と正確性はモデルによって大きく異なります。以下に、研究室でよく見られるピペットをいくつかご紹介します。

1.シングルチャンネルピペット
可変容量エアーディスプレイスメントピペットとも呼ばれるシングルチャンネルピペットは、非常に汎用性が高く、様々な用途に使用できます。ほとんどのピペットは0～2500マイクロリットルの広い容量範囲に対応しています。用途に応じて、科学者は容量可変型または固定容量型のシングルチャンネルピペットを選択できます。

シングルチャンネルピペットは小型でコンパクトなため、コニカルチューブやフリップキャップ容器といった小型のソース容器やデスティネーション容器に最適です。小型容器に使用できるコンパクトさに加え、シングルチャンネルピペットはトラフやウェルプレートにも適しています。

高品質のシングルチャンネルピペットは、効率性だけでなく人間工学にも優れ、ユーザーエクスペリエンスを可能な限り直感的で快適なものにするように設計されています。これにより、反復運動障害のリスクを最小限に抑え、精度と精密度の両方を向上させることができます。

シングルチャンネルピペットはコンパクトで使いやすいですが、一度に1つの液体サンプルしか移送できません。そのため、複数回の移送が必要な場合は、面倒で時間がかかります。

2.マルチチャンネルピペット
マイクロプレートアプリケーションに最適なマルチチャンネルピペットは、小規模アプリケーションや反復的な作業に最適です。多くのマルチチャンネルピペットは8～12個のヘッドを備えており、1つのデバイスで複数の液体サンプルを移送できます。

マルチチャンネルピペットの大きな利点の一つは生産性です。この技術により、必要な個々の分注回数が大幅に削減されます。ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）、酵素結合免疫吸着測定（ELISA）、細胞培養研究に携わる科学者に多く利用されています。

マルチチャンネルピペットは確かに個々の移し替え回数を減らすことができますが、それでも手の疲労につながる可能性があります。そのため、多くのマルチチャンネルピペットにはスプリング式のチップが搭載されており、手のストレスを軽減し、反復性運動障害のリスクを最小限に抑え、実験室におけるピペットの機能性を向上させています。

3.電動ピペット
反復運動障害（反復性運動障害）は、研究室の科学者が遭遇する最も一般的なリスクの一つです。電動ピペットは、空気置換プロセスを自動化することで、この障害のリスクを最小限に抑えます。内蔵モーターを搭載した電動ピペットは、手動ピペットと同等の精度と精密さを提供しながら、身体的な負担はありません。電動ピペットは、試薬を異なる用量に分割するマルチディスペンシング（複数回分注）の際に特に便利です。

例えば、PCRマスターミックスを96ウェルプレートに移す科学者にとって、電動ピペットの使用は大きなメリットとなります。手動ピペットでは96回の移し替えが必要となり、作業者に大きな負担がかかります。一方、電動ピペットは、チップサイズや移し替える液体の量にもよりますが、移し替え回数を30%以上削減できます。電動ピペットは時間の節約になるだけでなく、手の怪我や疲労のリスクも最小限に抑えます。

内蔵モーターにより、空気の排出速度と分散力が調整され、バレル内の汚染を軽減し、気泡の発生を防ぎます。また、実験室の特定の作業に合わせて事前にプログラム設定できるため、効率が向上します。電動ピペットはチップ間隔も調整可能で、複数のサンプルを同時に移送できます。

4.マルチチャンネル電動ピペット
マルチチャンネル電動ピペットは、複数のヘッドによる効率性と自動化による人間工学的な利点を兼ね備えています。この両方の技術を活用することで、マイクロプレートへの分注作業の効率を大幅に向上させることができます。多くの場合、作業完了に必要な時間は1分未満に短縮されます。

5.血清ピペット
組織培養や細胞培養の用途で使用される血清ピペットは、一般的にガラスまたはポリスチレンで製造されています。滅菌を重視する研究室では、耐久性のあるプラスチック製の使い捨てピペットが使用されることが多いです。血清ピペットは、1mLを超える液体の投与にも広く使用されています。

6.手動ステッパーピペット
最大5mLの吐出範囲を持つ手動ステッパーピペットは、基本的な作業や繰り返しの作業に最適です。ポジティブディスプレイスメント方式を採用しており、チャンバーを補充することなく、少量のサンプルを連続的に迅速に吐出できます。ポジティブディスプレイスメント方式を採用しているため、取り扱いが難しい粘性が高く揮発性の高い液体にも最適です。

適切なピペットの選択

実験室用ピペットを使用する際は、作業に適した機器を選ぶことが重要です。前述の通り、ピペットの性能と機能はモデルによって大きく異なります。ピペットを選ぶ際には、以下の点に必ずご留意ください。

1. 実験室におけるピペットの機能と、実施される作業の種類は直接関係しています。作業には正確さと精密さが求められるのでしょうか、それともスピードが重視されるのでしょうか？その答えによって、使用するピペットの種類が決まります。

2. 輸送する液体の種類は？腐食性があり、不適切なピペットを使用すると損傷する可能性はありますか？サンプルの粘度によって、使用するピペット実験器具も決まります。

3. セッション間のオペレーターの回復時間はどのくらいですか？高負荷の作業の場合、オペレーターは定期的に休憩を取ったり、30分ごとに同僚と交代したりする必要があるかもしれません。

4. 作業は反復的なものですか？もしそうなら、人間工学に基づいて設計されたピペットは、疲労を軽減し、精度や精密さを損なう可能性のあるエラーのリスクを最小限に抑えるため、効果的です。

5. 研究室で使用するピペットの種類は、予算によって大きく左右されます。電動ピペットは一般的に手動ピペットよりも高価なため、技術レベルが低い研究室でよく使用されます。

マニュアルを読む

陳腐に聞こえるかもしれませんが、研究室でピペットの最適な機能を使うには、マニュアルをよく読むことが不可欠です。ピペットはそれぞれ異なり、同じカテゴリーであってもモデルによって機能が異なる場合があります。研究室スタッフは皆、職場で利用可能なピペットの使い方を十分に理解しておく必要があります。ピペットを用いた実験器具の使用方法に関する深い知識は、精度、効率、信頼性の向上だけでなく、職場の健康と安全にとっても重要です。