一次偉大的摸魚，讓全世界生物實驗室徹底改觀

說起實驗室的儀器設(shè)備實驗狗們?nèi)鐢?shù)家珍，移液槍、離心機(jī)、EP管、超凈臺更是生物實驗室的標(biāo)配，是實驗狗們吃飯的家伙什，但是你們真的了解它嗎？

以最常用的移液槍為例，它是誰發(fā)明的呀，什么時候發(fā)明的呀，最開始是什么樣子的，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(qū)？

接下來熟讀此文，保你以后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，收獲他們的星星眼。

1925年，海因里希·施尼特（Heinrich Schnitger）出生于德國威斯特伐利亞（Westphalia）的萊姆戈（Lemgo）。他的父親是一位發(fā)明家，設(shè)計了一種曾經(jīng)廣泛使用的自行車鎖。施尼特從小耳濡目染，小小年紀(jì)就可以對各種小玩意兒修修補(bǔ)補(bǔ)和升級改進(jìn)，展現(xiàn)了一個發(fā)明家的天賦。

二戰(zhàn)期間，作為一名德國士兵，他在戰(zhàn)場上得到一個好消息和一個壞消息。好消息是他不用上戰(zhàn)場送死了；壞消息是，他不用上戰(zhàn)場是因為他被檢查出肺結(jié)核！從戰(zhàn)場退下來后，海因里希開始學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)。多年以后他向同事們提起這件事時說到，他對醫(yī)學(xué)毫無興趣，學(xué)醫(yī)純粹為了給自己治病，“保護(hù)自己免受無能醫(yī)生的戕害”。

1957年，“平平無奇”的一年。這一年，蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星斯普特尼克1號；丹麥科學(xué)家延斯發(fā)現(xiàn)了鈉鉀泵；一位年輕科學(xué)家剛剛當(dāng)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(xué)家楊振寧和李政道得了諾貝爾獎。這一年，33歲的海因里希來到了德國馬爾堡大學(xué)（University of Marburg），在生理化學(xué)研究所所長西奧多·比徹（Theodor Bücher）的研究小組做博后。

海因里?！な┠崽?/span>

他的導(dǎo)師西奧多給他安排的任務(wù)是研究含磷代謝物，實驗操作中需要反復(fù)吸取不到1毫升有毒的甲酸。海因里希對這種簡單重復(fù)的流水線式工作嗤之以鼻，更何況當(dāng)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(jì)40年代說起，那時候微生物學(xué)雙雄之一的路易·巴斯德（Louis Pasteur）發(fā)現(xiàn)了環(huán)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，然后拉長拉細(xì)截斷，這樣可以得到尖端非常細(xì)的玻璃管，就能容易地移取小體積的液體了。

吹燒玻璃管

是不是很熟悉？沒錯，他開創(chuàng)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(yán)格來說，成熟的吹燒玻璃管是后人升級的，但是為了紀(jì)念巴斯德，于是統(tǒng)一稱作“巴斯德移液管”）。

一個世紀(jì)過去了，生物學(xué)實驗室仍舊在巴斯德移液管的基礎(chǔ)上改來改去打補(bǔ)丁，到了海因里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里導(dǎo)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%是通過口腔移液），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?。?/span>

用嘴直接吸取試劑

現(xiàn)在的生物狗每天做實驗起碼得用兩三盒槍頭，而海因里希只能每天嘴吸幾百次，嘴都酸了，導(dǎo)致他干了兩天直接擺爛罷工。導(dǎo)師西奧多見他好幾天沒來實驗室，大為光火，但就在導(dǎo)師要發(fā)飆準(zhǔn)備炒海因里希魷魚的時候，海因里希帶著一個小玩意兒回來了。

世界上第一把移液槍

這是一個改造后的結(jié)核菌素注射器，海因里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(shè)置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(xì)塑料管（這個細(xì)塑料管就是槍頭的前身，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松，而且沒有了用嘴吸的危險，實驗室的人用了都說好！

導(dǎo)師西奧多見狀大加贊賞，非但不再提解聘的事情反而鼓勵海因里希，大致意思就是：你這次摸魚的結(jié)果很好，這個小玩意兒你繼續(xù)完善完善趕緊搞出來，科研工作可以放一放，摸魚什么的請加大力度！（還有這好事兒？）很快，海因里希在移液槍1.0的基礎(chǔ)上加了第二個彈簧，這樣就可以在排液結(jié)束時把槍頭殘留的一丟丟液體“吹”出去，這也就是現(xiàn)代移液槍的“一吸兩打”功能的第一次出現(xiàn)。

在制造了第一把移液槍的幾個月后，也就是1957年5月3日，海因里希申請了專利，最終于1961年4月24日獲得專利批準(zhǔn)。沒過多久專利就被一家公司買走了，收購專利的不是別人，正是日后大名鼎鼎的Eppendorf公司。Eppendorf公司在收購的同一時期還開發(fā)了一種帶蓋子的小塑料管，也就是EP管。而發(fā)明EP管是我們下次要講的故事。

海因里希的移液槍專利證明

在海因里希發(fā)明移液槍的時候已經(jīng)想過了要配套一次性槍頭，當(dāng)時他嘗試用特氟龍為原料制作槍頭，但是效果不佳。買斷移液槍專利之后，Eppendorf的工程師威廉·伯格曼用聚丙烯替代特氟龍，發(fā)現(xiàn)效果奇佳。

之后，能換槍頭的移液槍和自帶卡扣式帽子的EP管這一組合風(fēng)靡全球的實驗室。而迷你離心機(jī)的加入使之成為實驗室標(biāo)配“鐵三角”將是我們下下次的故事。

海因里希和Eppendorf公司的移液槍

再到1973年，排槍也出現(xiàn)了，實驗狗已經(jīng)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(xiàn)，那就是可調(diào)節(jié)量程。最初的移液槍可以設(shè)置多個通道（例如25、50、75、100 μl），勉強(qiáng)算可調(diào)節(jié)量程，但也只能在這四個里面切換。

1974年法國Gilson推出了第一支單道可調(diào)量程移液器，它可以在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)量程，并把它命名為Pipetman。再之后的70年代末期，Gilson又將吸液/排液按鈕與退吸頭按鈕相互獨(dú)立。

至此移液器的究極形態(tài)進(jìn)化完成，功能上和現(xiàn)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(fā)揮、五花八門了。

20世紀(jì)70年代風(fēng)格迥異的移液槍

再后面移液槍發(fā)展就沒有太大改動了，只是在原有基礎(chǔ)上做一些微小升級。加個電動小馬達(dá)呀，重新排布下布局呀之類的。請注意此時還在70年代，世界上第一個PCR反應(yīng)還要在幾年之后的1983年才出現(xiàn)。

現(xiàn)在常用的移液槍樣式

故事講到這里你可能會問，移液槍的發(fā)明人海因里希后來怎么樣了呢，為什么一點關(guān)于他的消息都沒有了呢？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，海因里?！な┠崽夭恍夷缤?。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(fā)明將來會如何風(fēng)靡全世界的生物實驗室。

海因里希向來是一個有發(fā)明天賦的人，早在他在馬爾堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院求學(xué)時，就發(fā)現(xiàn)手動測量血液凝固的實驗極其耗時，因此開發(fā)了一種儀器，使用兩根特殊排列的導(dǎo)線作為電極，電極在血液中來回移動，直到凝結(jié)的血液在導(dǎo)線之間形成永久性傳導(dǎo)觸發(fā)一個停止時鐘。

幾家大公司的開發(fā)團(tuán)隊都曾嘗試開發(fā)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(fā)明更多對實驗室很有幫助的儀器設(shè)備。

他發(fā)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(lǐng)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。

海因里?！な┠崽?，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(jīng)授權(quán)轉(zhuǎn)載自微信公眾號“iSynBio造物”，審核：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(fā)明的嗎》，返樸發(fā)表時有修訂。