اصول عملکرد سمپلر: سمپلر جابه‌جایی مثبت و سمپلر جابه‌جایی هوا

در مقاله‌ی “سمپلر آزمایشگاهی چیست؟” اطلاعاتی در مورد کاربرد وسیع سمپلرهای آزمایشگاهی ارائه کردیم و به‌طور مختصر به شرح انواع سمپلرها پرداختیم. اما نکته‌ی حائز اهمیت این است که به عنوان یک فرد آزمایشگاهی، لازم است تا علاوه‌بر شناخت انواع سمپلرها، با اصول عملکرد آن‌ها نیز آشنا باشید و سمپلر خود را متناسب با کاربرد و نیاز آزمایشگاه‌تان انتخاب نمایید.

به‌طور کلی سمپلرها به لحاظ اصول عملکرد (از لحاظ کارکرد فنی)، به 2 دسته‌ی سمپلر جابه‌جایی هوا (Air-displacement pipette) و سمپلر جا‌به‌جایی مثبت (Positive displacement pipette) تقسیم می‌شوند که هرکدام از آن‌ها برای حجم‌برداری در شرایط خاصی مناسب هستند.

 در حقیقت ماهیت نمونه و نوع مایعی که قصد دارید از آن حجم‌برداری کنید، از جمله اصلی‌ترین ملاک‌های انتخاب یک سمپلر مناسب به‌شمار می‌روند. هریک از مایعات و نمونه‌های موجود در آزمایشگاه از خواص فیزیکی و شیمیایی متفاوتی نسبت به ‌یکدیگر برخوردار هستند و این امر علاوه‌بر تاثیر در انتخاب روش مناسب حجم‌برداری، می‌تواند در انتخاب نوع سمپلر نیز موثر باشد.

در این مقاله قصد داریم تا شما را با اصول عملکرد سمپلرها آشنا کرده و به شرح ویژگی‌های سمپلر جابه‌جایی هوا و جابه‌جایی مثبت بپردازیم تا بتوانید با آگاهی بیش‌تری نسبت به خرید سمپلر آزمایشگاهی خود اقدام نمایید.

اصول عملکرد سمپلر جابه‌جایی هوا

سمپلرهای جابه‌جایی هوا جزو پرکاربردترین و متداول‌ترین نوع سمپلرهای آزمایشگاهی محسوب می‌شوند که جهت کار با اغلب نمونه‌های آزمایشگاهی کاملا مناسب هستند. بر اساس اصول عملکرد سمپلر جابه‌جایی هوا، نمونه هرگز در تماس مستقیم با پیستون سمپلر قرار نخواهد گرفت، بلکه همواره میان نمونه و پیستون مقداری هوا وجود دارد که با نام بالشتک هوا^[1] و یا حجم‌ هوای مرده^[2] شناخته می‌شود. (تصویر شماره 1)

عملکرد سمپلرهای جابه‌جایی هوا تنها مبتنی بر یک اصل بوده و آن جابه‌جایی حجم هوای مرده، درون سیلندر سمپلر است. به‌طور خلاصه، کارکرد این نوع از سمپلرها را می‌توان به‌صورت زیر توضیح داد.

1- در وهله‌ی اول و به‌منظور برداشت حجم مشخصی از نمونه، دکمه‌ی حجم‌برداری سمپلر به سمت پایین فشرده می‌شود. با این عمل، پیستون به سمت پایین حرکت کرده و مقداری از حجم‌ هوای مرده را به سمت خارج هدایت می‌کند (تصویر شماره‌ی 2 مرحله‌ی 1).

2- با فرو بردن نوک سمپلر در نمونه و رها کردن دکمه‌ی حجم‌برداری، فشار اتمسفری محیط، باعث می‌شود تا فشار هوای موجود در سیلندر سمپلر، مجددا پیستون را به سمت بالا هدایت کند و به این طریق حجمی از نمونه که معادل با حجم نامی سمپلر است، به داخل نوک سمپلر وارد می‌شود (تصویر شماره‌ی 2 مرحله‌ی 2).

3- به‌منظور تخلیه‌ی نمونه در ظرف مورد نظر، لازم است تا مجددا دکمه‌ی حجم‌برداری سمپلر فشرده شود. بدین ترتیب پیستون سمپلر به سمت پایین حرکت کرده، و فشار هوای موجود بین پیستون و نمونه باعث تخلیه‌ی نمونه در ظرف مورد نظر خواهد شد.

اصول عملکرد سمپلر جابه‌جایی مثبت

همان‌طور که گفته شد، سمپلر جابه‌جایی هوا به‌منظور حجم‌برداری از اغلب نمونه‌های آزمایشگاهی مناسب است. اما چنانچه قصد دارید از نمونه‌هایی با ویژگی‌های خاص مانند نمونه‌های بسیار ویسکوز^[3] ویا دارای چگالی بسیار بالا حجم‌برداری نمایید، می‌توانید به خرید یک سمپلر جایه‌جایی مثبت فکر کنید. سمپلرهای جابه‌جایی مثبت به‌منظور حجم‌برداری از نمونه‌ها در حجم‌های بسیار کم و یا کاربردهای خاصی مانند PCR نیز انتخاب مناسبی هستند.

نکته‌ای که باعث تفاوت در اصول عملکرد سمپلر جابه‌جایی مثبت نسبت به سمپلر جابه‌جایی هوا می‌شود این است که در این نوع سمپلرها، بر خلاف سمپلرهای جابه‌جایی هوا، هیچ فاصله‌ای (حجم هوای مرده) میان پیستون و نمونه وجود نداشته و پیستون در تماس مستقیم با نمونه قرار می‌گیرد. این ویژگی، سمپلر جابه‌جایی مثبت را برای حجم‌برداری از نمونه‌های به‌شدت ویسکوز و یا نمونه‌هایی با چگالی بالا مناسب کرده است. به‌طور کلی عملکرد این نوع سمپلرها را می‌توان به‌صورت زیر توضیح داد.

1- با فشرده شدن دکمه‌ی حجم‌برداری سمپلر به سمت پایین، پیستون سمپلر پایین آمده و در تماس کامل با سطح نمونه قرار می‌گیرد (تصویر شماره‌ی 4 مرحله‌ی 1).

2- به محض رها کردن دکمه‌ی حجم‌برداری سمپلر، پیستون به سمت بالا حرکت کرده و نمونه وارد نوک سمپلر خواهد شد (تصویر شماره‌ی 4 مرحله‌ی 2).

3- به‌منظور تخلیه‌ی نمونه در ظرف مورد نظر، دکمه‌ی حجم‌برداری سمپلر مجددا فشرده می‌شود. با این اتفاق، پیستون به سمت پایین حرکت کرده و تا انتهای نوک سمپلر پایین خواهد آمد. به این طریق نمونه کاملا در ظرف مورد نظر تخلیه می‌گردد.

پس از آشنایی با اصول عملکرد سمپلرهای آزمایشگاهی، ممکن است با این پرسش مواجه شوید که کدام‌یک از سمپلرهای جابه‌جایی مثبت و یا جابه‌جایی هوا، متناسب با نیازهای شما در آزمایشگاه هستند.

به‌منظور پاسخ به این پرسش، ابتدا لازم است تا اشاره‌ی مختصری به برخی از ویژگی‌های سمپلر جابه‌جایی مثبت و جابه‌جایی هوا داشته باشیم.

انتخاب یک سمپلر مناسب

همان‌طور که گفته شد، یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های یک سمپلر جابه‌جایی مثبت این است که در این نوع سمپلر، پیستون به‌صورت بخشی از نوک سمپلر تعبیه شده و همچنین هیچ گونه حجم‌هوای مرده‌ای بین پیستون و نمونه وجود ندارد. این ویژگی باعث می‌شود تا در برخی شرایط خاص، سمپلر جابه‌جایی مثبت عملکرد بهتری نسبت به سمپلر جابه‌جایی هوا داشته باشد. اما از طرفی با دفع نوک سمپلر، پیستون نیز دفع خواهد شد و این مسئله باعث افزایش هزینه‌های ناشی از حجم‌برداری می‌گردد. این درحالی است که در سمپلر جابه‌جایی هوا، پیستون جزئی از دستگاه بوده و به نوک سمپلر متصل نیست. همین موضوع باعث شده تا سمپلر جابه‌جایی هوا باعث کاهش هزینه‌های مربوط به حجم‌برداری شود. یکی از ویژگی‌های بارز سمپلر جابه‌جایی هوا این است که جهت کار با نمونه‌های مختلف توسط این سمپلر، می‌توان‌ از 2 روش حجم‌برداری استاندارد (Forward pipetting) و معکوس (Reverse pipetting) استفاده نمود.

روش حجم‌برداری استاندارد عمدتا به منظور حجم‌برداری از محلول‌های آبی^[1] و روش معکوس جهت کار با نمونه‌های ویسکوز، فرار و چگال مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ویژگی، سمپلر جابه‌جایی هوا را برای حجم‌برداری از اغلب نمونه‌های آزمایشگاهی مناسب کرده است. به همین دلیل سمپلر جابه‌جایی هوا جزو متداول‌ترین نوع سمپلرهای آزمایشگاهی به شمار می‌رود.

انواع نمونه‌های آزمایشگاهی و انتخاب سمپلر مناسب برای حجم‌برداری از آن‌ها

همان‌طور که پیش‌تر گفته شد، ماهیت و نوع نمونه‌ای است که قصد حجم‌برداری از آن را دارید می‌تواند در انتخاب اصول عملکرد سمپلر شما موثر باشد.

به همین دلیل در ادامه به بررسی برخی از مشخصه‌های فیزیکی نمونه‌های موجود در آزمایشگاه خواهیم پرداخت که می‌توانند بر نحوه‌ی عملکرد سمپلرها تاثیر گذارند.

1- نمونه‌های چسبنده (ویسکوز)

حجم‌برداری از نمونه‌های ویسکوز در آزمایشگاه‌ها می‌تواند امری چالش یرانگیز باشد. ممکن است در حین حجم‌برداری از این نمونه‌ها، مقداری از آن‌ها به دیواره‌ی داخلی نوک سمپلر بچسبد. به‌همین دلیل نمونه به‌طور کامل تخلیه نخواهد شد. این مسئله باعث ایجاد خطای اندازه‌گیری در حین انجام آزمایشات شده و دقت آزمایشات را به‌خطر می‌اندازد.

به‌منظور حجم‌برداری از نمونه‌های ویسکوز می‌توان از هر دو سمپلر جابه‌جایی هوا و سمپلر جابه‌جایی مثبت استفاده کرد. اما چنانچه قصد دارید جهت حجم‌برداری از نمونه‌های مذکور از سمپلر جابه‌جایی هوا استفاده نمایید، روش حجم‌برداری معکوس از دقت بالاتری نسبت به روش حجم‌برداری استاندارد برخوردار است.

2- چگالی نمونه

چگالی نمونه (نسبت جرم مایع به حجم آن) نیز می‌تواند بر میزان نمونه‌ای که به داخل نوک سمپلر وارد می‌شود تاثیرگذار باشد. هنگام حجم‌برداری از نمونه‌های چگال توسط سمپلر جابه‌جایی هوا، توصیه می‌شود تا از روش حجم‌برداری معکوس استفاده نمایید. اما درصورتی که چگالی نمونه به شدت بالا باشد، بالشتک هوا در این نوع از سمپلرها تحت تاثیر قرار گرفته و ممکن است میزان حجم برداشته شده نسبت به مقدار مورد نظر کاهش یابد. به‌همین دلیل به‌منظور حجم‌برداری از نمونه‌هایی که از چگالی بسیار بالایی برخوردار هستند، سمپلر جابه‌جایی مثبت می‌تواند انتخاب بهتری باشد.

3- نمونه‌های فرار

فرار بودن یک نمونه نیز، می‌تواند حجم‌برداری را با مشکلاتی مواجه سازد. حلال‌های فراری مانند استون، هگزان و متانول به‌سرعت در حین حجم‌برداری تبخیر می‌شوند و در نتیجه مایع از نوک سمپلر چکه خواهد کرد. این چکه‌کردن علاوه‌بر آلوده کردن محیط کار، ممکن است باعث به‌خطر افتادن سلامت پرسنل (به‌ویژه حین کار با مواد خطرناکی مانند نمونه‌های رادیواکتیو) شود.

چنانچه قصد دارید توسط سمپلر جابه‌جایی هوا از یک نمونه‌ی فرار حجم‌برداری کنید حتما تکنیک حجم‌برداری معکوس را در نظر گیرید.

در صورتی که نمونه بیش‌از حد فرار باشد، بخارهای ناشی از آن ممکن است به قطعات داخلی سمپلر جابه‌جایی هوا مانند شفت و پیستون آسیب جدی وارد کرده و باعث آلوده شدن آن‌ها شوند.

بنابراین بهتر است هنگام حجم‌برداری از نمونه‌های بسیار فرار از سمپلر جابه‌جایی مثبت استفاده نمایید.

به‌منظور آشنایی با نمونه‌های مختلف موجود در آزمایشگاه و نحوه‌ی حجم‌برداری از آن‌ها می‌توانید از جدول راهنمای زیر کمک بگیرید.

همانطور که در جدول بالا مشاهده می‌کنید سمپلر جابه‌جایی هوا کاربرد بسیار وسیعی در آزمایشگاه داشته و می‌تواند گزینه‌ی بسیار مناسبی برای رفع اغلب نیازهای حجم‌برداری شما باشد.

جمع‌بندی

احتمالا متوجه شده‌اید که حجم‌برداری از نمونه‌های مختلف علی‌رغم این‌که در ظاهر ممکن است امری ساده به‌نظر برسد، در حقیقت جزو حساس‌ترین و دقیق‌ترین کارهای آزمایشگاهی بوده و تحت تاثیر عوامل گوناگونی قرار دارد.

به‌منظور موفقیت در آزمایشات و دست‌یابی به نتایج مطلوب، لازم است تا با روش‌های مناسب حجم‌برداری و عوامل موثر بر دقت حجم‌برداری آشنا باشید. اما نکته‌ای که قبل از این موارد باید به آن توجه کنید انتخاب سمپلر مناسب است. همان‌طور که گفته شد سمپلرها به لحاظ اصول عملکرد به دو دسته‌ی سمپلر جابه‌جایی مثبت و سمپلر جابه‌جایی هوا تقسیم می‌شوند که هرکدام برای شرایط خاصی طراحی شده‌است. در این مقاله سعی کردیم به‌طور کامل به شرح اصول عملکرد سمپلر جابه‌جایی هوا و جابه‌جایی مثبت پرداخته و به این ترتیب شما را در انتخاب صحیح یک سمپلر یاری دهیم.

شما در آزمایشگاه بیش‌تر با چه نوع نمونه‌هایی سر و کار دارید و برای افزایش دقت حجم برداری خود از چه سمپلری استفاده می‌کنید؟ شما می‌توانید نظرات و تجربیات خود را در رابطه با انواع سمپلرها با دیگر خوانندگان ما در میان بگذارید.

واژه‌نامه