マイクロピペットの引き抜きの科学と技術

キャピラリーガラスをマイクロピペットやマイクロ電極に引き伸ばすことは、科学であり技術でもあります。引き伸ばしに影響を与える環境要因や物理的要素を理解するだけでなく、安定した形状とサイズのチップを作るためにプログラムを調整する方法も知っておく必要があります。ガラス製のマイクロピペットやマイクロ電極は、細胞内記録、パッチクランプ、マイクロパーフュージョン、マイクロインジェクションに使用されます。ここでは、ガラスの引き伸ばしに影響を与える要因と、用途に合ったマイクロピペットを作るためのプログラム調整方法を見ていきましょう。

WPIのエントリーレベルの研究用グレードPUL-1000（マイクロプロセッサ制御の4段階水平引き伸ばし装置）のようなプーラーは、引き伸ばしプロセスの完全な制御と正確な再現性を実現するために、厳密な機械仕様と精密な電子制御を備えています。PUL-1000は、市場にある多くのプーラーと同様に、熱のインデックス、力（g）、移動距離、冷却時間を含む最大4段階のプログラム可能なシーケンスを提供します。これにより、さまざまな用途に応じた段階的なサイクルが可能です。

引き伸ばしに影響を与える熱の種類

ガラス転移とは、温度が上昇するにつれて硬くて比較的脆い固体状態から柔らかく粘性のある状態へと徐々にかつ可逆的に変化する現象です。プーラーを使ってガラスを特定の形状に成形するためには、フィラメントを通じて熱を加えます。フィラメントからガラスキャピラリーに熱を伝える方法は3つあります：

• 放射
• 固体内の直接伝導
• 空気の対流

フィラメントは電流が流れることで加熱されます。フィラメントからガラスへ放射される熱がキャピラリーガラスの転移に影響を与える主な熱源であり、ガラス表面とフィラメント表面の距離が熱伝達量を決定します。したがって、ガラスがフィラメントの中心に配置されていることを確認することが重要です。ガラスのすべての面が均等に加熱される必要があります。

しかし、放射熱だけがプーラー内の熱源ではありません。フィラメントを保持するフィラメントブロックもフィラメントの加熱に伴い温まります。フィラメント表面の熱はフィラメントホルダーに伝導されます。フィラメントの温度は比較的一定でも、使用を続けるとフィラメントホルダーの温度が上昇し、引き伸ばし結果に影響を与えることがあります。フィラメントとフィラメントホルダーの熱蓄積を減らすために、引き伸ばしの間に冷たい周囲の空気で冷却する時間を設けてください。

最後に、周囲環境の空気の対流（カバー室内外の両方）がフィラメントからガラスへの熱伝達に影響します。したがって、室温や湿度もガラス転移に影響を与えます。室温が低いまたは高い場合、同じ引き伸ばしプログラムを使ってもできあがるマイクロピペットが異なることがあります。

プラチナ/イリジウム加熱フィラメントの経時変化の影響

フィラメントはプラチナ/イリジウム合金でできています。プラチナ/イリジウム合金は加熱材料の中でも最も安定した物質の一つですが、空気中の酸素によって徐々に酸化されます。プーラーの使用に伴いプラチナ/イリジウム合金の質量は減少し、最終的には焼き切れます。経時的に劣化することで、使用中のフィラメントの温度が変化します。

ガラスの種類が引き伸ばしに与える影響

外径（OD）が異なるさまざまなガラスキャピラリーは、軟化点（融点温度）が異なります。異なるガラスキャピラリー製品間でのガラス成分の違いにより軟化点に差が生じます。同じ製品でもロットによって軟化点にばらつきがあることもあります。これは標準的な製造誤差として予想される範囲です。

プログラムされた引き伸ばしシーケンスの微調整方法

当社のガラスキャピラリー引き伸ばしシーケンスと結果の一部はPUL-1000クックブックに示されています。使用するガラスキャピラリー製品や実験室の温度・湿度などの環境条件に応じて、引き伸ばしシーケンスのパラメータを微調整する必要があるかもしれません。

一般的な目安として、パラメータ（熱、力、距離、遅延）は、目的の形状や寸法の事前引き伸ばしピペットを得るために変更可能です。以下の表はシーケンス設定の基本的なガイドラインを示しており、パラメータを増減させることで事前引き伸ばしピペットの形状や寸法にどのような影響があるかがわかります。

注意：より大きな外径のチップを作るには、チップを優しく少しずつ削りながらサイズと状態を確認してください。刃物やピンセットで折り返す方法や、キムワイプの上でチップをこする方法を使います。面取りや火炎研磨などの二次加工が必要な場合もあります。強引なトリミングは望ましくない大きな外径になることがあります。

ガラス引き伸ばしの技術

自分でガラスを引き伸ばすことで、マイクロピペットやマイクロ電極をカスタマイズし、必要なものを正確に作ることができます。マイクロピペットのガラス引き伸ばしは、神経科学、細胞生物学、電気生理学などの分野で使われる非常に繊細で特定の用途に合わせた器具を作るために、精密な制御が求められる科学的技術であり、同時に技術的な芸術でもあります。成功した引き伸ばしの背後には、材料特性、加熱、機械的要素の正しい理解があり、実験に必要な技術的要件を満たすマイクロピペットを作り出します。技術はマイクロピペットプーラーの巧みな調整と、技術仕様を満たすだけでなく、高度に専門的で繊細な作業に最適なピペットを作る能力にあります。この両者のバランスが、機能的で一貫性があり、高精度の科学研究に適したマイクロピペットの製造を可能にします。

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