Для для применения в медицинских лабораториях выбор двигателя является неотъемлемой частью точности работы электронной пипетки.
Валентин Рашке
Инженер-прикладник
Выход из порта
Автоматизация лабораторий всегда была оптимальным решением для линейного перемещения. В некоторых лабораторных устройствах требуется точность при перемещении образцов в нужное положение, добавлении реагентов и извлечении образцов. Усовершенствованные линейные силовые и скоростные характеристики шаговых линейных приводов позволяют производителям устройств увеличивать производительность с помощью этих приводов без ущерба для качества.
Исследователи в области биологических наук полагаются на пипетки как на надежное средство для измерения и дозирования жидкостей до определенного объема. Пипетки, как правило, являются первым этапом во многих лабораторных процессах, поэтому они должны выполняться точно и надежно, чтобы исследователи могли успешно воспроизвести результаты своих экспериментов. С начала пандемии в 2020 году пипетки стали еще более важным лабораторным инструментом, помогая исследователям COVID-19 готовить лабораторные образцы для выявления патогенов с использованием таких методов, как ПЦР в реальном времени (полимеразная цепная реакция).
Поскольку пипетки играют столь важную роль, выбор компонентов, таких как двигатели, для их конструкции не менее важен.
Как работают пипетки
В лабораториях используются различные типы пипеток, в зависимости от масштаба лаборатории и объема жидкости, который необходимо дозировать. Наиболее распространены четыре типа пипеток: с воздушным вытеснением, с принудительным вытеснением, объемные и градуированные.
Например, внутри пипетки с воздушным вытеснением поршень создает положительное или отрицательное давление воздуха, что позволяет пользователю набирать или извлекать пробу жидкости с помощью одноразового наконечника. В то же время воздушный столбик наконечника отделяет жидкость от одноразовой части пипетки. Пипетки могут быть сконструированы таким образом, чтобы оператор мог активировать движение поршня с помощью кнопки большим пальцем, или двигатель может перемещать поршень, когда оператор нажимает кнопку.
Электронные пипетки, используемые в молекулярной биологии и аналитической химии, а также во многих медицинских исследованиях, обеспечивают точную и воспроизводимую подачу образцов и реагентов. Эти электронные устройства становятся все более распространенными среди исследователей по сравнению с ручными. Если оператор использует ручную пипетку в течение длительного периода времени, она может вызвать дискомфорт или даже привести к травмам. Например, усилие, необходимое для дозирования жидкости и извлечения наконечника пипетки, в сочетании с повторяющимися движениями в течение нескольких часов может увеличить риск травм при повторном растяжении больших пальцев, локтей, запястий или плеч пользователя.
В отличие от этого, электронные или моторизованные пипетки обладают лучшей эргономичностью, а также более эффективным способом увеличения объема пробы с высокой точностью. Вместо традиционной кнопки дозирования, управляемой большим пальцем, и ручной регулировки объема, электронные пипетки оснащены цифровым интерфейсом, который позволяет пользователям регулировать объем. Моторизованный поршень используется для аспирации и дозирования.
Точность и аккуратность
Поскольку пипетирование, как правило, является первым этапом многоступенчатого процесса, любая неточность или несовершенство при измерении таких небольших количеств жидкости будет сохраняться на протяжении всего процесса и в конечном итоге повлияет на общую точность всего эксперимента.
Пользователи могут добиться точности, когда пипетка дозирует один и тот же объем несколько раз, в то время как точность достигается, когда пипетка дозирует точное количество заданного объема без каких-либо ошибок. Хотя одно возможно без другого, в большинстве отраслей промышленности, где используются пипетки, требуется как точность, так и безотказность — особенно потому, что и то, и другое необходимо для воспроизведения результатов экспериментов.
Сравнение двигателей постоянного тока и шаговых двигателей
Сердцем любой электронной пипетки является двигатель. Двигатель не только в значительной степени влияет на точность измерения, но и на другие важные факторы, такие как размер корпуса, мощность и вес. Разработчики пипеток могут выбрать двигатель постоянного тока или шаговый линейный привод, и у обоих есть свои преимущества и недостатки.
Во-первых, двигатели постоянного тока — это простые электронные устройства, которые вращаются при подаче постоянного тока. Для работы двигателя не требуется сложная электроника. Однако, поскольку для электронной пипетки требуется линейное перемещение, двигателю постоянного тока также потребуется дополнительный ходовой винт и зубчатая передача для преобразования вращательного движения в линейное и обеспечения требуемого усилия. Двигатель постоянного тока также должен быть оснащен механизмом обратной связи, таким как оптический датчик или энкодер, для управления линейным положением поршня. В зависимости от конструкции, возможно, потребуется также добавить тормозную систему для повышения точности, учитывая высокую инерционность ротора. Хотя двигатель постоянного тока может повысить общую точность системы дозирования, он может быть дорогостоящим вариантом.
Другой вариант — использовать систему на базе шагового двигателя. Шаговые линейные приводы отличаются простотой интеграции, высокой производительностью и низкой стоимостью. Они состоят из шагового двигателя can stack с резьбовым ротором и встроенным ходовым винтом, который обеспечивает прямое линейное перемещение в небольшом корпусе.
В отличие от двигателя постоянного тока, ходовой винт шагового линейного привода перемещается вверх и вниз с дискретным шагом при подаче электрических импульсов. Им можно точно управлять с помощью системы с разомкнутым контуром, что устраняет необходимость в дорогостоящих устройствах обратной связи или тормозных системах для позиционирования. Как правило, позиционирование с высоким разрешением может быть достигнуто с помощью небольшого угла поворота и выбора шага ходового винта. Для улучшения позиционирования шаговый линейный привод может приводиться в действие в режиме микрошага. Однако, чтобы обеспечить максимально возможную точность и избежать неточностей при дозировании, шаговый двигатель должен быть подобран надлежащим образом, поскольку неправильный размер двигателя может привести к потере хода и неточностям при дозировании
Разработчики моторизованных пипеток также должны следовать этим важным рекомендациям при выборе двигателя:
Точность дозирования пипеток с воздушным вытеснением зависит от того, насколько хорошо управляется внутренний поршень. Электронные пипетки, приводимые в действие двигателями постоянного тока или шаговыми двигателями, предназначены для устранения человеческого фактора, связанного с ручным дозированием. Хотя оба типа двигателей имеют свои преимущества, шаговые линейные двигатели обладают дополнительным преимуществом управления с разомкнутым контуром. Без дополнительной управляющей электроники, необходимой для двигателей постоянного тока, шаговый двигатель надлежащего размера обеспечивает разработчикам пипеток надежность, необходимую для обеспечения точного дозирования.
Выход из порта
www.portescap.com
Вам также может понравиться:
Свежие комментарии