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一次偉大的摸魚,讓全世界生物實驗室徹底改觀

簡介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

血液凝結什麼意思

一次偉大的摸魚,讓全世界生物實驗室徹底改觀

撰文 | 趙杭

對於學生物的小夥伴們來說,一天的大部分時間都是在實驗室度過的:

一次偉大的摸魚,讓全世界生物實驗室徹底改觀

早上起床去看板,

提完質粒忙轉染。

可憐春半不還家,

深夜猶在PCR。

說起實驗室的儀器裝置實驗狗們如數家珍,移液槍、離心機、EP管、超淨臺更是生物實驗室的標配,是實驗狗們吃飯的傢伙什,但是你們真的瞭解它嗎?

以最常用的移液槍為例,它是誰發明的呀,什麼時候發明的呀,最開始是什麼樣子的,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,保你以後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,收穫他們的星星眼。

1925年,海因裡希·施尼特(Heinrich Schnitger)出生於德國威斯特伐利亞(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腳踏車鎖。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訊息和一個壞訊息。好訊息是他不用上戰場送死了;壞訊息是,他不用上戰場是因為他被檢查出肺結核!從戰場退下來後,海因裡希開始學習醫學。多年以後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歲的海因裡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)的研究小組做博後。

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海因裡希·施尼特

他的導師西奧多給他安排的任務是研究含磷代謝物,實驗操作中需要反覆吸取不到1毫升有毒的甲酸。海因裡希對這種簡單重複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,然後拉長拉細截斷,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。

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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後人升級的,但是為了紀念巴斯德,於是統一稱作“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,到了海因裡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裡導致中毒或感染(在1915年的一份報告中,57個實驗室報告了47例感染,其中40%是透過口腔移液),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啊!

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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,而海因裡希只能每天嘴吸幾百次,嘴都酸了,導致他幹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裡希魷魚的時候,海因裡希帶著一個小玩意兒回來了。

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世界上第一把移液槍

這是一個改造後的結核菌素注射器,海因裡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,同時彈簧上部設定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膠管(這個細塑膠管就是槍頭的前身,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鬆,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讚賞,非但不再提解聘的事情反而鼓勵海因裡希,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,摸魚什麼的請加大力度!(還有這好事兒?)很快,海因裡希在移液槍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。

在製造了第一把移液槍的幾個月後,也就是1957年5月3日,海因裡希申請了專利,最終於1961年4月24日獲得專利批准。沒過多久專利就被一家公司買走了,收購專利的不是別人,正是日後大名鼎鼎的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膠管,也就是EP管。而發明EP管是我們下次要講的故事。

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海因裡希的移液槍專利證明

在海因裡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製作槍頭,但是效果不佳。買斷移液槍專利之後,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。

之後,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。

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海因裡希和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定多個通道(例如25、50、75、100 μl),勉強算可調節量程,但也只能在這四個裡面切換。

1974年法國Gilson推出了第一支單道可調量程移液器,它可以在一定範圍內任意調節量程,並把它命名為Pipetman。再之後的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。

一次偉大的摸魚,讓全世界生物實驗室徹底改觀

20世紀70年代風格迥異的移液槍

再後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,重新排佈下佈局呀之類的。請注意此時還在70年代,世界上第一個PCR反應還要在幾年之後的1983年才出現。

一次偉大的摸魚,讓全世界生物實驗室徹底改觀

現在常用的移液槍樣式

故事講到這裡你可能會問,移液槍的發明人海因裡希後來怎麼樣了呢,為什麼一點關於他的訊息都沒有了呢?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,海因裡希·施尼特不幸溺亡。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。

海因裡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裝置。

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。

一次偉大的摸魚,讓全世界生物實驗室徹底改觀

海因裡希·施尼特,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

本文經授權轉載自微信公眾號“iSynBio造物”,稽核:懂個皮;編輯:莫十二,原題目為《你知道移液槍是摸魚的時候發明的嗎》,返樸發表時有修訂。

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