La especificación de la solución de movimiento es crucial para las pipetas electrónicas

Apr 30, 2023

Omnipresentes en todos los laboratorios especializados en ciencias de la vida y diagnóstico clínico, las pipetas son una herramienta vital para transferir muestras líquidas. La activación repetida de dispositivos manuales puede sobrecargar a los técnicos de laboratorio, mientras que las pipetas electrónicas mejoran la facilidad de uso y aumentan la precisión y repetibilidad de la dosificación. Para optimizar los requisitos de dispensación de líquidos y satisfacer las necesidades de diseño ergonómico, es fundamental especificar el sistema de movimiento adecuado.

Elsistema de movimiento es fundamental para la función de una pipeta electrónica, y su especificación tiene implicaciones de gran alcance para las otras características del dispositivo construidas a su alrededor. Involucrar el diseño del sistema de movimiento lo antes posible dentro del proceso de desarrollo conducirá a un resultado más efectivo y eficiente.

Un requisito clave del sistema de movimiento es la precisión y la repetibilidad. Los dispositivos de pipeta suelen programarse para dispensar la cantidad precisa de líquido, cada vez, lo que exige un control de movimiento lineal. Para lograr precisión, el diseño requiere un dispositivo de retroalimentación del motor, que informe la posición del sistema de movimiento, o alternativamente, un motor que confirme su posición en lazo abierto por su modo de operación. Además de la precisión del control, el ciclo de dosificación también debe lograrse lo más rápido posible para minimizar el valioso tiempo de laboratorio y facilitar el proceso para el técnico de laboratorio.

El sistema de movimiento también necesita generar suficiente fuerza lineal para impulsar el fluido. La fuerza requerida se ve afectada por la viscosidad del fluido. Muchas pipetas pueden operar con una variedad de fluidos con diferentes viscosidades, por lo que cuanto mayor sea la fuerza que pueda generar un motor, más flexible será su uso para un laboratorio; los requisitos de fuerza también se multiplican si una pipeta está destinada a la dispensación multicanal. Además de la fuerza para impulsar el fluido, el mayor requisito de torsión máxima de una pipeta es la expulsión de la punta de pipeta desechable, que normalmente se retira para evitar la contaminación cruzada de la muestra.

Para optimizar el uso por parte del técnico de laboratorio, la pipeta también debe ser compacta y ligera. El tipo de motor y su método de control tienen un impacto significativo en la huella y el peso totales del dispositivo, lo que significa que las demandas de rendimiento del motor, incluidas las consideraciones relacionadas con su fuente de alimentación, deben equilibrarse con los requisitos ergonómicos. Este impacto más amplio, además del accionamiento del pistón por sí solo, destaca la necesidad de que la especificación del sistema de movimiento ocurra lo antes posible dentro del proceso completo de diseño de una pipeta.

Transponiendo los requisitos de los técnicos de laboratorio al diseño de movimiento de una pipeta, las características de actuación siguen siendo fundamentales. Comenzando con la precisión del control, un motor de CC con escobillas con un codificador proporciona precisión sobre la actuación del pistón. Alternativamente, un motor paso a paso de apilamiento de latas gira en pasos definidos para cada pulso de corriente, lo que significa que su posición, en relación con el ángulo de cada paso, siempre se conoce. Si bien esto no proporciona la misma precisión que un motor de CC con un codificador, un motor paso a paso brinda una alta precisión en la mayoría de las aplicaciones de pipetas. El posicionamiento paso a paso también se puede optimizar diseñando ángulos de paso pequeños y accionando el motor en modo de micropasos. El paso del tornillo de avance que conecta el motor al pistón también se puede personalizar para un control preciso.

Si la pipeta requiere un par más alto, como para la dispensación multicanal, un motor de escobillas de CC tiene una ventaja. El motor de CC puede funcionar más rápido que un motor paso a paso, lo que permite la incorporación de engranajes o el uso de un paso de tornillo de avance más estrecho. La pipeta puede generar una mayor fuerza y ​​aun así mantener la tasa de dispensación deseada.

Como un paso a paso no requiere un codificador para controlar su posición, esto ayuda a lograr un diseño más compacto y liviano. Y, como el motor se puede diseñar para incluir un rotor roscado y un tornillo de avance integrado, esto logra una solución de movimiento lineal que se conecta coaxialmente con el pistón, lo que permite un perfil de pipeta más delgado. Desde la perspectiva de diseño de un fabricante de equipos originales (OEM), esto hace que la integración de un motor paso a paso lineal sea relativamente simple, lo que ahorra tiempo y costos de desarrollo. Alternativamente, para convertir el movimiento giratorio en movimiento lineal, un motor de CC necesita un engranaje o polea que conecte el motor al tornillo de avance y al pistón en un eje paralelo separado. Este enfoque aumenta la complejidad del diseño y agrega tamaño y masa, lo que requiere un cuerpo de pipeta más ancho para adaptarse al diseño.

Para impulsar la solución de movimiento, el tamaño y el peso de la batería son consideraciones importantes para la ergonomía, pero estos atributos se compensan con la vida útil de la carga. Una batería debe durar un día de uso con el número deseado de dispensaciones, pero para optimizar la facilidad de uso para el técnico de laboratorio, la batería debe ser lo más compacta posible. Esto afecta el diseño del devanado del motor y la salida de par, por lo que se debe encontrar un equilibrio entre el rendimiento al voltaje disponible con el consumo de corriente específico y la capacidad de la batería y la vida útil de la carga.

Los motores paso a paso son el enfoque común para el diseño de pipetas, sobre todo porque son más rentables. Sin embargo, se pueden considerar los motores de CC con escobillas si se requieren mayor par y precisión. Independientemente de la tecnología que se seleccione, es fundamental definir con precisión sus especificaciones, incluido el dimensionamiento. Teniendo en cuenta las amplias implicaciones, comprometerse con un diseñador de soluciones de movimiento antes de cualquier decisión de especificación mantiene abierta la flexibilidad para optimizar el diseño de la pipeta.

La personalización de una solución de movimiento para lograr los requisitos del cliente en el diseño de pipetas exige una multitud de consideraciones, cubriendo áreas desde los devanados e imanes, hasta la integración mecánica con la jeringa. La pipeta depende fundamentalmente de la solución de movimiento y se requiere un alto nivel de integración del diseño. Como resultado, es vital un enfoque colaborativo entre la solución de movimiento y los equipos de ingeniería de diseño de pipetas.

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