D obra Praktyka Pipetow ania

RAININ
Dobra Praktyka Pipetowania
Pipetting 360o
Ergonomia pipetowania
Wysiłek zależy od wybranej pipety
Proces pipetowania jest dobrze znany naukowcom na całym świecie. Pipety są
powszechnie stosowane do różnych zadań, poczynając od etapu przygotowania
próbek, kończąc natomiast na podawaniu próbek do systemów pomiarowych.
Stosowanie wielu pipet w ciągu dnia jest zjawiskiem bardzo powszechnym.
Z użyciem każdej pipety – pipety o dużej objętości lub małej objętości oraz pipety
wielokanałowej - mogą wiązać się specyficzne wyzwania. Ergonomia różnych
pipet w różnych aplikacjach jest bardzo ważnym zagadnieniem – niska ergonomia
może prowadzić do zmęczenia dłoni i ryzyka odniesienia kontuzji.
Zidentyfikowano siedem kluczowych czynników odpowiedzialnych za spadek wygody
korzystania z pipety, z czym wiąże się ryzyko wystąpienia różnego typu dolegliwości,
łącznie z bólem. Określa się je mianem przewlekłych zespołów przeciążeniowych.
Informacje na ten temat zostały opublikowane przez naukowców zajmujących się
problematyką ergonomii. Celem było uświadomienie znaczenia użyteczności pipet.1, 3,
4, 5, 6, 7 Z rozważań tych można wysnuć jeden wniosek: pipetowanie jest powtarzalną
czynnością wymagającą wysiłku. Istnieje silny związek pomiędzy pipetowaniem
i występowaniem przewlekłych zespołów przeciążeniowych. Pipetowanie przez jedną
godzinę dziennie przez cały rok wystarczy, aby pojawiło się zagrożenie. Szansa
wystąpienia dolegliwości rośnie potęgowo wraz z obciążeniem i wiekiem.1, 3, 4, 7
Podstawowym punktem odniesienia jest wysiłek wymagany do wykonania konkretnej
czynności, takiej jak naciśnięcie tłoka lub zrzucenie końcówek. Znaczna część tego
wysiłku jest przenoszona przez kciuk. Uwaga producentów pipet skupia się zasadniczo na możliwie jak największym zmniejszeniu wysiłku podczas pipetowania
oraz poprawie ergonomii pracy z pipetami.
Część GPP Seria o Dobrej Praktyce Pipetowania
Zakładanie i zrzucanie końcówek
Zakładanie końcówki na pipetę, a następnie jej zrzucanie po zakończonym pipetowaniu to działania bardzo silnie
ze sobą powiązane. Właśnie tu pojawia się największy wysiłek związany z pipetowaniem. W przypadku większości pipet dolny koniec pipety jest w kształcie stożka.
Proces zakładania końcówki na pipetę wiąże się z pewnym wysiłkiem ze względu na zapewnienie szczelności
systemu – zbyt słabe nałożenie końcówki powoduje powstanie ryzyka wycieku, co w konsekwencji może spowodować odmierzenie nieprawidłowej objętości. Różni użytkownicy stosują różne techniki zakładania końcówek.
Stąd, trudno jest stwierdzić jaka siła jest wystarczająca do zapewnienia szczelności systemu.
Siła potrzebna do zrzucenia (kg)
Użytkownik zazwyczaj stosuje technikę dającą mu przekonanie, że końcówka została założona prawidłowo
i zapewnia szczelność systemu, pozostając przy tej technice przez cały okres swojej pracy zawodowej. Niestety,
w przypadku tradycyjnych końcówek stożkowych istnieje silny związek pomiędzy wysiłkiem wymaganym
do założenia końcówki i wysiłkiem potrzebnym do jej zrzucenia. A zatem, osoby zakładające końcówki z dużą
siłą będą musiały użyć więcej siły do zrzucenia końcówki (patrz rysunek 1, czerwona linia).
Siła potrzebna do zrzucenia końcówki przy narastającej
sile zakładania końcówki.
Tradycyjna końcówka marki X w porównaniu z końcówką LTS Rainin.
Końcówka marki X,
250 μL
Końcówka LTS Rainin,
250 μL
Siła potrzebna do nałożenia (kg)
Rysunek 1
Zależność pomiędzy siłą potrzebną do nałożenia końcówki i jej zrzucenia – tradycyjna
końcówka stożkowa i końcówka LTS Rainin.
Lichty zaprezentował w swojej publikacji wyniki pomiarów siły nacisku na tłok i siły zrzucania końcówki dla pipet
różnych producentów6. Jest rzeczą oczywistą, że siła potrzebna do zrzucenia końcówki ma największy udział
w wysiłku występującym na różnych etapach procesu pipetowania. Istnieją jednak duże różnice dla różnych
pipet, jeśli chodzi o siłę potrzebną do zrzucenia końcówki (patrz rysunek 2).
2
Pipet-Lite (LTS)
Rainin
2.1 kg - kobiety
3.0 kg - mężczyźni
Pipeta ręczna
producenta 3
Pipeta ręczna
producenta 2
Pipeta ręczna
producenta 4
Siła (kg)
Dane z publikacji, 39, (2011), 177-185. Lichty i współpracownicy
Rysunek 2
Porównanie sił potrzebnych do zrzucenia końcówki dla czterech popularnych pipet.
Maksymalna zalecana siła nacisku wywieranego przez kciuk wynosi 2.1 kg dla kobiet
oraz 3.0 kg dla mężczyzn.
Firma Rainin rozwiązała ten problem, oferując pipety i końcówki z systemem LiteTouch (LTS) (patrz rysunek 3).
Dolny koniec pipety ma kształt cylindra, który jest ściśle dopasowany do kształtu wnętrza końcówki LTS. Końcówki LTS posiadają system uszczelnienia znajdujący się w pobliżu wlotu i końcową blokadę wewnątrz końcówki.
Takie rozwiązanie zapobiega głębszemu wciskaniu trzonu pipety do końcówki w przypadku przyłożenia większej
siły. Znacznemu ograniczeniu ulega maksymalna siła potrzebna do uszczelnienia systemu. Istnieje jednocześnie
pewność, że nie dojdzie do żadnych wycieków. Zmniejszenie wysiłku potrzebnego do uzyskania szczelności połączenia pipety z końcówką sprawia, że również do zrzucenia końcówki potrzebny będzie mniejszy wysiłek (patrz
rysunek 1). Jest to unikalne i jednocześnie bardzo proste rozwiązanie zmniejszające w poważnym stopniu wpływ
czynnika odpowiedzialnego za zmęczenie mięśni i występowanie przewlekłych zespołów przeciążeniowych
u osób pipetujących.
Pipeta tradycyjna
Duża powierzchnia
uszczelnienia
Stożkowy kształt
Dopasowanie cierne
Pipeta z systemem LTS
Mała powierzchnia
uszczelnienia
Cylindryczny kształt
Końcowa blokada
Rysunek 3
Mechanika systemu uszczelniania końcówki LTS Rainin w porównaniu z tradycyjnymi stożkowymi
systemami uszczelniania końcówek.
3
Siła nacisku na tłok
Tłok w pipetach ręcznych stanowi kolejny obszar, w którym ergonomia ma dla użytkownika istotne znaczenie,
ponieważ wielokrotne naciskanie tłoka prowadzi do przewlekłych zespołów przeciążeniowych. Po nałożeniu
końcówki dociśnięcie tłoka do pierwszego zatrzymania, gdzie napotyka on opór sprężyny (patrz rysunek 4) przygotowuje system pipety/końcówki do pobrania cieczy. Wyraźne pierwsze zatrzymanie ma kluczowe znaczenie,
ponieważ określa ono odcinek potrzebny do przesunięcia tłoka i pobrania pożądanej objętości próbki.
Pozycja
wyjściowa
Pierwsze
zatrzymanie
Drugie
zatrzymanie
Rysunek 4
Naciskanie tłoka pipety ręcznej: pozycja wyjściowa (początek dozowania), punkt pierwszego
zatrzymania (dozowanie całej objętości) i drugiego zatrzymania (wydmuch).
Z mechanicznego punktu widzenia, pierwsze zatrzymanie jest konsekwencją zetknięcia się tłoka ze sztywniejszą sprężyną wydmuchu, która posiada większy opór niż sprężyna tłoka. Po dociśnięciu tłoka do pierwszego
zatrzymania końcówka jest wprowadzana do roztworu, po czym następuje powolne zwalnianie tłoka powodujące
pobranie odpowiedniej ilości cieczy do końcówki. Sprężyna udarowa powoduje pobieranie cieczy, naciskając
na tłok i przemieszczając go do pozycji wyjściowej. Ostatnim etapem jest dozowanie próbki, gdzie wywierany jest
nacisk na tłok siłą skierowaną przeciwnie do siły działania sprężyny udarowej do momentu osiągnięcia pozycji
pierwszego zatrzymania, po czym następuje dociśnięcie sprężyny wydmuchu w celu usunięcia całej ilości cieczy. Po wypchnięciu całej ilości cieczy następuje zwolnienie tłoka, który ponownie wraca do pozycji wyjściowej.
Wyniki badań, które przeprowadził Lichty, wskazują, że siła wydmuchu6 jest drugą co do wielkości siłą występującą w całym procesie pipetowania (po sile potrzebnej do zrzucenia końcówki). Najmniej wysiłku wymaga
pokonanie siły oporu sprężyny udarowej.
4
Ważnym aspektem sił występujących w tym procesie jest wewnętrzny system uszczelnienia tłoka (rysunek 5).
Uszczelka wytwarza częściową próżnię, dzięki czemu następuje wciąganie cieczy do końcówki w miarę przesuwania się tłoka ku górze. System musi być szczelny i wystarczająco wytrzymały, aby utrzymać próżnię wymaganą dla całego zakresu operacyjnego pipety. Jeśli uszczelka jest zbyt ścisła, siła potrzebna do przesunięcia
tłoka w dół i powodująca jego ponowny powrót do pozycji wyjściowej będzie zbyt duża. Jeśli uszczelka jest
natomiast zbyt luźna, siły potrzebne do przesunięcia tłoka w dół i do góry będą mniejsze, ale w tym przypadku
wzrasta ryzyko wycieku.
Tłok
Sprężyna
tłoka
Uchwyt
uszczelki
Uszczelka
o-ring
Rysunek 5
System uszczelniający w pipetach ręcznych.
Producenci pipet muszą zachować równowagę pomiędzy konstrukcją uszczelki oraz oporem stawianym przez
sprężynę, aby spełnić wymagania techniczne dotyczące dokładnego pipetowania oraz oczekiwania poszczególnych użytkowników odnoszące się do ergonomii. Różni producenci podchodzą do tego wyzwania
w różnych sposób, czego konsekwencją są różne siły wymagane do przesuwania tłoka (patrz rysunek 6).
Pipeta ręczna
producenta 4
Pipeta ręczna
producenta 3
Pipeta ręczna
producenta 2
Pipet-Lite (LTS)
Rainin
Siła (kg)
Nacisk
Przytrzymanie
Pobranie
Dozowanie i wydmuch
Rysunek 6
Porównanie sił potrzebnych do przemieszczania tłoka dla czterech popularnych pipet.
Maksymalna zalecana siła nacisku wywieranego przez kciuk wynosi 2.1 kg dla kobiet
oraz 3.0 kg dla mężczyzn2. *W przypadku pipety Pipet-Lite XLS siła nacisku potrzebna
do przesuwania tłoka jest mniejsza o 43%.
5
Firma Rainin opracowała bardzo precyzyjne uszczelki o niskim współczynniku tarcia zmniejszające siłę
potrzebną do przesuwania tłoka. Chociaż do przesuwania uszczelek wystarcza niewielka siła, uszczelki skutecznie utrzymują próżnię. Można zatem użyć bardziej miękkich sprężyn. Bardziej miękka sprężyna tłoka pozwala
użyć bardziej miękkiej sprężyny wydmuchu, ponieważ różnica oporów sprężyn określa pierwszy punkt zatrzymania. W konsekwencji zmniejszeniu ulegają również siły wydmuchu.
Najlepszym jednak rozwiązaniem umożliwiającym uniknięcie konieczności naciskania na tłok jest użycie pipety
elektronicznej, gdzie tłokiem porusza silnik sterowany przez mikroprocesor, co pozwala ograniczyć wysiłek
związany z naciskaniem tłoka praktycznie do zera. Rozwiązanie to jest szczególnie przydatne w przypadku pipet
wielokanałowych, dla których siły nacisku na tłok są największe, oraz gdy operator musi wykonywać intensywne
wielokrotne mieszanie ciekłych próbek.
Ustawianie objętości – zmiana pobieranej objętości
Zmiana objętości dla ręcznej pipety jest czasami konieczna do tego, aby spełnić wymagania eksperymentu
(np. zmiana ustawienia dla pipety z 200 μL do 50 μL w celu dodania konkretnego buforu, po czym powrót
do objętości 200 μL w celu dodania kolejnego buforu). Proces obracania pokrętłem nastawy objętości - mającym
zazwyczaj małą średnicę - wymaga wykonania kilku obrotów palcami. Osoby mające doświadczenie w pracy
z pipetami są w stanie wykonywać tą czynność nawet jedną ręką - trzymając i jednocześnie regulując objętość
pipety - w drugiej dłoni natomiast trzymając pojemnik z ciekłą próbką.
Wyniki badań przeprowadzonych przez Asundiego5 wskazują, że ustawianie objętości jest czynnością wymagającą wysokiej aktywności mięśni. Badając cztery różne mięśnie odpowiedzialne za ruch kciuka, stwierdzono,
że czynność zmiany objętości bardzo mocno angażowała te mięśnie, stanowiąc możliwe źródło zmęczenia.
Lichty6 uzyskał wyniki świadczące o występowaniu korelacji pomiędzy łatwością ustawiania objętości i wydajnością pracownika, prawdopodobnie dlatego, że ustawianie objętości w trakcie rutynowej obsługi pipety zajmuje
dużo czasu.
Firmie Rainin udało się zmniejszyć wysiłek związany z ustawianiem objętości dzięki dużemu i łatwemu
do chwycenia pokrętłu wyposażonemu w mechanizm śrubowy o niskim współczynniku tarcia. Regulowana blokada zapobiega niezamierzonej zmianie ustawionej objętości w kolejnych cyklach pipetowania. Operator może
zatem bezpiecznie odblokować mechanizm zmiany objętości, zmienić objętość, po czym ponownie go zablokować, wykonując wszystkie te czynności jedną ręką i bez większego wysiłku (patrz rysunek 7).
Rysunek 7
Ustawianie objętości pipety jedną ręką.
6
Czynności powtarzalne
Wykonanie jednego pipetowania nie ma żadnego wpływu na dłonie, ale wykonanie kilkuset cykli pipetowania
w ciągu kilku godzin jest z pewnością odczuwalne dla dłoni. Ryzyko odniesienia kontuzji poważnie wzrasta
w przypadku wykonywania działań o charakterze powtarzalnym. Istnieje na szczęście kilka prostych rozwiązań.
Należy korzystać z systemów wyręczających operatora podczas wykonywania zadań mających powtarzalny charakter. Pipety wielokanałowe i platformy pipetujące przeznaczone do napełniania płytek 96-dołkowych zmniejszają wysiłek, ponieważ pozwalają pipetować wiele próbek jednocześnie. Pipety elektroniczne pozwalają automatyzować częściowo realizację pewnych funkcji, takich jak dozowanie wielu porcji po pobraniu próbki, automatyczne mieszanie lub automatyczna zmiana zaprogramowanych objętości we wstępnie określonej sekwencji.
Innym rozwiązaniem jest pozbycie się pewnych przyzwyczajeń, co pozwala zmniejszyć niekorzystny wpływ
powtarzalnych czynności na dłonie. Należy robić regularne przerwy, zmieniać dłonie i je gimnastykować przez
rozciąganie oraz utrzymywać właściwą postawę (należy minimalizować ruchy wymagające skręcania ramion,
nadgarstków i dłoni, obiekty należy przemieszczać na wysokości ramion lub poniżej ich poziomu).
Chwyt
Wygodny chwyt jest pozytywnie odczuwany przez dłonie i ramiona6. Na wygodny chwyt wpływ mają takie czynniki jak kształt trzonu pipety, haczyk na palec oraz odległość, jaką musi pokonać kciuk, aby sięgnąć
do tłoka. Spróbuj chwycić pipetę i zachować nad nią kontrolę, wkładając w to jak najmniejszy wysiłek.
Wnioski i zalecenia
Ergonomia pipetowania ma duże znaczenie. Zwiększony wysiłek podczas pipetowania oraz wielogodzinne pipetowanie prowadzi do pojawiania się przewlekłych zespołów przeciążeniowych. Poniżej zamieszczono porady,
które mogą pracownikom laboratoriów pomóc zmniejszyć ryzyko występowania tego typu dolegliwości.
Poszukuj rozwiązań pozwalających zmniejszyć siłę nacisku na tłok
Sprawdź opór sprężyn powiązanych z tłokiem.
Porównaj nowe pipety z pipetami będącymi w użyciu.
Korzystaj z pipet elektronicznych, jeśli jest to tylko możliwie.
Serwisuj regularnie pipety. Pozwoli Ci to utrzymać elementy mechaniczne w optymalnym stanie operacyjnym.
Utrzymuj tłok i uszczelki w stanie należytej czystości. Zmniejszasz w ten sposób siły tarcia, ograniczając tym
samym wysiłek związany z pipetowaniem oraz osiągając lepszą dokładność i precyzję.
Poszukuj rozwiązań pozwalających zmniejszyć wysiłek związany ze zrzucaniem końcówek
Porównaj wysiłek związany ze zrzucaniem końcówek dla różnych pipet. Pamiętaj, że pipeta, dla której zakładanie końcówek wiąże się ze zwiększonym wysiłkiem, będzie również wymagała użycia większej siły
do zrzucenia końcówki. Korzystanie z pipet wielokanałowych wymaga zasadniczo większego wysiłku,
co może oznaczać większe obciążenie szczególnie dla kciuka.
Pozostałe uwagi
Korzystaj z pipet posiadających haczyk na palec i układających się wygodnie w dłoni bez konieczności
stosowania mocnego uchwytu. Zmniejsz wysiłek związany ze zmianą objętości, korzystając z pipet wyposażonych w blokadę objętości, posiadających mechanizm zmiany objętości o niskim współczynniku tarcia
oraz duże pokrętło zapewniające pewny uchwyt. Zmniejsz wysiłek związany z wielokrotnym pipetowaniem,
korzystając z pipet elektronicznych, pipet wielokanałowych oraz platform pipetujących do napełniania płytek
96-dołkowych. Rób sobie regularne przerwy i jeśli to tylko możliwe zmieniaj dłonie oraz gimnastykuj ramiona
i dłonie.
Literatura
1. Björksten MG, Almby B, Jansson ES. Hand and shoulder ailments among laboratory technicians using modern plunger-operated pipettes. Appl Ergon. 1994 Apr;25(2):88-94.
2. Kroemer KH. Cumulative trauma disorders: their recognition and ergonomics measures to avoid them. Appl Ergon.
1989 Dec;20(4):274-80.
3. McGlothlin JD, Hales TR. Health Hazard Evaluation Report at Scientific Application International Corporation, Frederick,
Maryland. Cincinnati, OH: U.S. Department of Health and Human Services, Public Health Service, Centers for Disease Control and Prevention, National Institute for Occupational Safety and Health. HETA Report No. 95-0294-2594. (August 1996.)
4. Fredriksson K. Laboratory work with automatic pipettes: a study on how pipetting affects the thumb. Ergonomics.
1995 May;38(5):1067-73.
5. Asundi KR, Bach JM, Rempel DM. Thumb force and muscle loads are influenced by the design of a mechanical pipette and
by pipetting tasks. Hum Factors. 2005 Spring;47(1):67-76.
6. Lichty MG, Janowitz IL, Rempel DM. Ergonomic evaluation of ten single-channel pipettes. Work. 2011;39(2):177-85.
7. David G, Buckle P. A questionnaire survey of the ergonomic problems associated with pipettes and their usage with specific reference to work-related upper limb disorders. Appl Ergon. 1997 Aug;28(4):257-62.
Mettler-Toledo Sp. z o.o.
ul. Poleczki 21
02-822 Warszawa
Telefon: +48 22 545 06 80
Faks:
+48 22 545 06 88
Internet: www.mt.com
Podlega zmianom danych technicznych
© 02/2012 Rainin Instrument, LLC
www.mt.com
Aby uzyskać więcej informacji