Logo der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt

Kalibrierung von Mikropipetten – eine Luftnummer?

03.04.2024

Im Rahmen eines Projekts des EURAMET TC FLOW (subcommittee volume) unter Beteiligung von PTB (Deutschland), IPQ (Portugal), GUM (Polen), MIRS (Slowenien), FORCE (Dänemark), TÜBITAK UME (Türkei) und IMBIH (Bosnien-Herzegowina) wird derzeit ein eher unkonventionelles Verfahren zur Bestimmung des Flüssigkeitsvolumens, das eine Mikropipette abgeben kann, getestet: Die Bestimmung des Flüssigkeitsvolumens ohne Flüssigkeit erfolgt über eine Messung des Differenzdrucks eines kommerziell verfügbaren Geräts: Der Pipettenkolbenhub erzeugt einen Unter-druck, der über einen integrierten Algorithmus das Flüssigkeitsvolumen der Mikropipette bestimmt. Versprochen werden Genauigkeiten der Bestimmung von ± 1 % mit einer handlichen out-of-the-box-Lösung, die der traditionellen Standardkalibrierung in Nichts nachstehen soll, dafür deutlich schneller und unkomplizierter funktionieren soll.

Mikropipetten sind in der Medizin, Biochemie, Pharmazie etc. verwendete, hochgenaue Messgeräte, die - je nach gewählter Einstellung - im Messbereich von 0,1 µl bis 5000 µl wiederholbar präzise Flüssigkeitsvolumina abgeben können. Grundlage hierfür ist eine sichere, verlässliche Rückführung, die standardmäßig über die Bestimmung der Masse der Flüssigkeitsmenge erfolgt: Über eine hochpräzise Waage wird eine Referenzflüssigkeit – in der Regel Reinstwasser – mit bekannter Dichte ge-wogen und unter Berücksichtigung der Umgebungsbedingungen das abgegebene Flüssigkeitsvolumen ermittelt. Gerade bei kleinen Volumen im Mikroliterbereich ist hier eine Vielzahl der Einflussfaktoren genau zu kontrollieren und zu bestimmen.
Auch die Ansprüche an die Handhabung einer Mikropipette beim eigentlichen Pipettiervorgang stellen den Verwender vor die Aufgabe, absolut präzise, wiederholbar und dennoch zügig zu arbeiten.

In einer aktuellen Publikation (Bozon et al., 2019) wurde eine neuartige Kalibrieralternative vorgestellt, die Drucksensoren und elektronische Komponenten nutzt, um via Differenzdruckmessung ein dem gravimetrischen Verfahren äquivalentes Ergebnis zur Bestimmung des Flüssigkeitsvolumens zu liefern. Versprochen wird ein Verfahren, das viele der Schwierigkeiten, die bei gravimetrischen Messungen auftreten, mindert und von jedem ohne besondere Kenntnisse oder Schulung durchgeführt wer-den kann – alles in einem handlichen Gerät, das nicht viel größer als ein Handteller ist. Da das Differenzdruckgerät komplett ohne Flüssigkeit arbeitet, sind die Messungen unabhängig von Faktoren wie Temperatur- und Luftdruckkorrekturen, sowie flüssigkeitseigenen Effekten wie Verdunstung oder Kapillarität etc. Allerdings wird bei diesem Verfahren streng genommen nicht das abgegebene und damit das tatsächlich zur Verfügung stehende Volumen kalibriert, wie es bei einer gravimetrischen Kalibrierung der Fall ist.

Abb. 1.: Differenzdruckmessgeräte für Single-Channel- und Multi-Channel-Mikropipetten.
Im Hintergrund befindet sich die gravimetrische Referenz.

Derzeit wird die Verwendung dieses Kalibrierverfahren von mehreren europäischen Partnern gemeinsam untersucht.  In einem vom IPQ koordinierten Projekt evaluieren die Metrologieinstitute von Deutschland, Portugal, Polen, Slowenien, Dänemark, Bosnien-Herzegowina und der Türkei die Anwendbarkeit von zwei Systemen in Verbindung mit zwei Einkanalmikropipetten und einer Multikanalpipette. Im Fachbereich 1.5 „Flüssigkeiten“ sind die Testmessungen erfolgt. Zum Vergleich sind auch Messun-gen mit einer gravimetrischen Referenz und Reinstwasser als Prüfmedium durchgeführt worden. Die Messungen im europä-ischen Umfeld laufen bis Ende 2024, die Ergebnisse werden für das folgende Jahr erwartet.

 

Literatur:

Bonzon, D., Kambara, K., Bertrand, D. and Renaud, P. (2019). Micropipette calibration by differential pressure measurements. Meas. Sci. Technol. 30 105003, DOI: Opens external link in new window10.1088/1361-6501/ab162b

 

Ansprechpartner:

Tobias Nickschick, FB 1.5, E-Mail: Opens local program for sending emailtobias.nickschick(at)ptb.de

Kontakt

Leiter der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

Dr. Dr. Jens Simon

Telefon: (0531) 592-3005
E-Mail:
jens.simon(at)ptb.de

Anschrift

Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Bundesallee 100
38116 Braunschweig