提交：数字移液器：一种用于自动驾驶实验室中液体转移的开源硬件

《Digital Discovery》：Commit: Digital pipette: open hardware for liquid transfer in self-driving laboratories

数字移液管v2通过3D打印部件和可更换 disposable tips，解决了多液体处理时的交叉污染问题，与机械臂兼容，成本低于300美元，性能符合ISO标准，优于前版本和人工操作。

　　在当今快速发展的科学领域，自动化技术正以前所未有的速度改变着实验流程。特别是随着自驱动实验室（Self-driving Laboratories, SDLs）的兴起，自动化操作不仅提升了实验效率，还极大地推动了科学研究的智能化和标准化。其中，液体处理作为许多实验的核心环节，其精度直接影响实验结果的可靠性和重复性。因此，开发一种高精度、低成本且易于集成的液体处理设备，成为推动自驱动实验室进一步发展的关键。本文介绍的数字移液器（Digital Pipette v2）正是在这一背景下诞生的，旨在解决前一代设备在处理多种液体时可能产生的交叉污染问题，同时保持与国际标准一致的精度。

数字移液器v2的设计理念源于对现有液体处理设备的深入分析和改进。早期的版本虽然实现了基本的自动化移液功能，但在实际应用中暴露了一些局限性。例如，它无法有效防止在处理多种液体时可能发生的交叉污染，这对许多需要精确控制试剂成分的实验来说是一个严重的问题。此外，传统的手动移液器虽然在精度上表现良好，但其操作依赖于人类的技能和经验，难以在自驱动实验室中实现真正的自动化。因此，研究团队在原有设计的基础上进行了优化，引入了3D打印技术，不仅降低了制造成本，还提高了设备的可定制性和可维护性。

在设计上，数字移液器v2采用了四部分3D打印组件：平台、移液管、盖子和活塞。这种结构使得设备在保持紧凑体积的同时，具备了良好的稳定性和密封性。其中，移液管的设计尤为关键，它能够兼容市面上常见的10 mL移液头，这一改进直接解决了前一代设备无法使用标准移液头的问题。通过这种方式，数字移液器v2可以在不同实验中灵活更换移液头，从而有效避免交叉污染，确保实验的准确性。

为了实现更高的精度和更好的用户体验，研究团队还对设备的校准方法进行了优化。数字移液器v2使用了一个线性执行器，通过5 V信号控制其伸出长度。这种控制方式不仅提高了移液的可重复性，还使得设备能够通过简单的编程实现精确的液体转移。在实际测试中，研究团队采用了一种基于重力的测试方法，利用高精度的电子天平测量移液量，并通过统计分析评估系统的系统误差和随机误差。结果显示，数字移液器v2在1 mL、5 mL和10 mL等不同体积下的误差均显著低于国际标准ISO 8655-2所规定的最大允许误差，证明了其在精度上的优势。

除了精度，数字移液器v2在成本控制方面也表现出色。通过使用3D打印技术和开源硬件设计，研究团队成功地将设备的制造成本控制在300美元以内，这与市面上常见的实验室移液器价格相当，甚至更低。这种低成本的优势使得数字移液器v2在资源有限的实验室中也具有广泛的适用性。此外，设备的模块化设计和开源代码的提供，进一步降低了用户的使用门槛，使得更多科研人员能够轻松地将该设备集成到现有的自驱动实验室系统中。

在操作流程上，数字移液器v2的创新在于其能够通过机器人手臂实现移液头的自动更换。这一功能的实现依赖于一种基于力反馈的定位系统，使得机器人在移液过程中能够精准地识别移液头的插入位置。为了确保移液头的稳固连接，设备内部采用了特制的硅脂和O型圈，以维持移液管与移液头之间的密封性。这种设计不仅提高了移液的准确性，还减少了因密封不良导致的液体泄漏或污染问题。

在实际应用中，数字移液器v2展现了其在多种实验场景中的适应能力。例如，在3D细胞培养实验中，设备能够以最小的机械应力完成液体转移，避免对细胞造成不必要的损伤。而在需要对非标准或动态目标进行移液的实验中，如植物或小型动物的样本处理，设备结合了计算机视觉技术，实现了对目标位置的实时反馈和精准控制。这些功能的引入，使得数字移液器v2不仅适用于传统的实验平台，还能灵活应对复杂的实验需求。

尽管数字移液器v2在设计和功能上取得了显著进展，但仍存在一些需要进一步优化的方面。首先，当前的移液管设计依赖于硅脂来维持密封性，这在一定程度上增加了维护成本。由于3D打印技术的精度限制，移液管与移液头之间的接触面可能存在微小的不平整，导致需要额外的润滑措施。未来，研究团队计划采用更高精度的制造工艺，如数控加工（CNC Machining），以减少表面粗糙度，从而降低对硅脂的依赖。

其次，数字移液器v2在处理非常小体积的液体时仍面临挑战。目前，设备的标称容量为10 mL，但在实际应用中，许多生化实验需要处理微升级别的液体。虽然通过调整移液管的设计可以实现对小体积的精确控制，但实现微升级别的精度可能需要更高精度的执行器和更精细的控制系统。因此，研究团队正在探索更高精度的执行器技术，以满足这一需求。

最后，数字移液器v2目前依赖于外部的移液头移除装置，而大多数商业移液器都配备了内置的移液头移除功能。这一设计上的差异虽然在一定程度上增加了设备的复杂性，但也为未来的升级提供了空间。研究团队计划在后续版本中集成内置的移液头移除机制，以进一步提升设备的自动化水平和用户体验。

总的来说，数字移液器v2的推出标志着自驱动实验室在液体处理自动化方面迈出了重要一步。它不仅解决了前一代设备在处理多种液体时的交叉污染问题，还通过低成本、高精度和模块化设计，为更多实验室提供了可负担、可扩展的解决方案。随着技术的不断进步和研究的深入，数字移液器v2有望在未来的科学实验中发挥更大的作用，成为推动自动化实验发展的关键工具。研究团队将继续致力于该设备的优化和改进，以期在更多应用场景中实现更高效、更精确的液体处理。