Spécification de la solution de mouvement cruciale pour les pipettes électroniques

May 04, 2023

Omniprésentes dans les laboratoires spécialisés dans les sciences de la vie et le diagnostic clinique, les pipettes sont un outil indispensable pour le transfert d'échantillons liquides. L'activation répétée des dispositifs manuels peut fatiguer les techniciens de laboratoire tandis que les pipettes électroniques améliorent la facilité d'utilisation et augmentent la précision et la répétabilité de la distribution. Pour optimiser les exigences de distribution de liquide et répondre aux besoins de conception ergonomique, il est crucial de spécifier le bon système de mouvement.

Lesystème de mouvement est au cœur de la fonction d'une pipette électronique, et ses spécifications ont de vastes implications pour les autres fonctionnalités de l'appareil construites autour d'elle. Impliquer la conception du système de mouvement le plus tôt possible dans le processus de développement conduira à un résultat plus efficace et efficient.

Une exigence clé du système de mouvement est la précision et la répétabilité. Les dispositifs de pipette sont généralement programmables pour distribuer la quantité précise de liquide, à chaque fois, ce qui nécessite un contrôle de mouvement linéaire. Pour atteindre la précision, la conception nécessite un dispositif de rétroaction du moteur, qui signale la position du système de mouvement, ou alternativement un moteur confirmant sa position en boucle ouverte par son mode de fonctionnement. En plus de la précision du contrôle, le cycle de distribution doit également être réalisé aussi rapidement que possible afin de minimiser le temps de laboratoire précieux et de faciliter le processus pour le technicien de laboratoire.

Le système de mouvement doit également fournir une force linéaire suffisante pour propulser le fluide. La force requise est affectée par la viscosité du fluide. De nombreuses pipettes peuvent fonctionner avec une gamme de fluides de viscosités variables, de sorte que plus la force qu'un moteur peut fournir est grande, plus son utilisation est flexible pour un laboratoire ; les exigences de force sont également multipliées si une pipette est destinée à une distribution multicanaux. En plus de la force nécessaire pour propulser le fluide, la plus grande exigence de couple de pointe d'une pipette concerne l'éjection de la pointe de pipette jetable, généralement retirée pour éviter la contamination croisée de l'échantillon.

Pour optimiser l'utilisation par le technicien de laboratoire, la pipette doit également être compacte et légère. Le type de moteur et sa méthode de contrôle ont un impact significatif sur l'encombrement total et le poids de l'appareil, ce qui signifie que les exigences de performance du moteur, y compris les considérations relatives à son alimentation, doivent être équilibrées avec les exigences ergonomiques. Cet impact plus large, en plus de l'actionnement du piston seul, met en évidence la nécessité de spécifier le système de mouvement le plus tôt possible dans le processus de conception complet d'une pipette.

En transposant les exigences des techniciens de laboratoire dans la conception du mouvement d'une pipette, les caractéristiques d'actionnement restent fondamentales. En commençant par la précision du contrôle, un moteur à courant continu à balais avec un encodeur fournit une précision sur l'actionnement du piston. Alternativement, un moteur pas à pas peut-empiler tourne par étapes définies pour chaque impulsion de courant, ce qui signifie que sa position, par rapport à l'angle de chaque étape, est toujours connue. Bien que cela ne fournisse pas la même précision qu'un moteur à courant continu avec un encodeur, un moteur pas à pas offre une grande précision dans la plupart des applications de pipette. Le positionnement du stepper peut également être optimisé en concevant de petits angles de pas et en entraînant le moteur en mode micro-pas. Le pas de la vis mère reliant le moteur au piston peut également être personnalisé pour un contrôle précis.

Si la pipette nécessite un couple plus élevé, comme pour la distribution multicanaux, un moteur à brosse CC présente un avantage. Le moteur à courant continu peut fonctionner plus rapidement qu'un moteur pas à pas, ce qui permet l'incorporation d'un engrenage ou l'utilisation d'un pas de vis plus étroit. La pipette peut générer une plus grande force tout en maintenant le débit de distribution souhaité.

Comme un stepper ne nécessite pas d'encodeur pour contrôler sa position, cela permet d'obtenir une conception plus compacte et légère. Et, comme le moteur peut être conçu pour inclure un rotor fileté et une vis-mère intégrée, cela permet d'obtenir une solution de mouvement linéaire qui se connecte coaxialement au piston, permettant un profil de pipette plus fin. Du point de vue de la conception d'un fabricant d'équipement d'origine (OEM), cela rend l'intégration d'un moteur pas à pas linéaire relativement simple, ce qui permet d'économiser du temps et des coûts de développement. Alternativement, pour convertir un mouvement rotatif en mouvement linéaire, un moteur à courant continu a besoin d'un engrenage ou d'une poulie reliant le moteur à la vis mère et au piston sur un axe parallèle séparé. Cette approche augmente la complexité de la conception et ajoute de la taille et de la masse, nécessitant un corps de pipette plus large pour s'adapter à la conception.

Pour alimenter la solution de mouvement, la taille et le poids de la batterie sont des considérations importantes pour l'ergonomie, mais ces attributs sont des compromis avec la durée de vie de la charge. Une batterie doit durer une journée d'utilisation avec le nombre de distributions souhaité, mais pour optimiser la facilité d'utilisation pour le technicien de laboratoire, la batterie doit être aussi compacte que possible. Cela a un impact sur la conception de l'enroulement du moteur et la sortie de couple, de sorte qu'un équilibre doit être trouvé entre les performances à la tension disponible avec la consommation de courant spécifique, et la capacité de la batterie et la durée de vie de la charge.

Les moteurs pas à pas sont l'approche courante pour la conception de pipettes, notamment parce qu'ils sont plus rentables. Cependant, les moteurs à courant continu à balais peuvent être envisagés si un couple et une précision plus élevés sont requis. Quelle que soit la technologie choisie, la définition précise de ses spécifications, y compris son dimensionnement, est essentielle. Compte tenu des vastes implications, s'engager avec un concepteur de solution de mouvement avant toute décision de spécification permet de garder la flexibilité ouverte pour une conception optimisée de la pipette.

La personnalisation d'une solution de mouvement pour répondre aux exigences des clients en matière de conception de pipettes exige une multitude de considérations, couvrant des domaines allant des enroulements et des aimants à l'intégration mécanique avec la seringue. La pipette repose fondamentalement sur la solution de mouvement, et un haut niveau d'intégration de conception est requis. Par conséquent, une approche collaborative entre la solution de mouvement et les équipes d'ingénierie de conception de pipettes est vitale.

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