Especificação de solução de movimento crucial para pipetas eletrônicas

Apr 30, 2023

Onipresentes em laboratórios especializados em ciências da vida e diagnósticos clínicos, as pipetas são uma ferramenta vital para a transferência de amostras líquidas. A ativação repetida de dispositivos manuais pode sobrecarregar os técnicos de laboratório, enquanto as pipetas eletrônicas melhoram a facilidade de uso e aumentam a precisão e a repetibilidade da distribuição. Para otimizar os requisitos de dispensação de líquidos e atender às necessidades de design ergonômico, é crucial especificar o sistema de movimento correto.

Osistema de movimento é fundamental para a função de uma pipeta eletrônica e sua especificação tem amplas implicações para os outros recursos do dispositivo construídos em torno dela. Envolver o projeto do sistema de movimento o mais cedo possível no processo de desenvolvimento levará a um resultado mais eficaz e eficiente.

Um requisito fundamental do sistema de movimento é a precisão e a repetibilidade. Dispositivos de pipeta são tipicamente programáveis ​​para dispensar a quantidade precisa de líquido, todas as vezes, o que exige controle de movimento linear. Para obter precisão, o projeto requer um dispositivo de feedback do motor, que informa a posição do sistema de movimento ou, alternativamente, um motor confirmando sua posição em malha aberta por seu modo de operação. Além da precisão do controle, o ciclo de dispensação também deve ser alcançado o mais rápido possível para minimizar o valioso tempo de laboratório e facilitar o processo para o técnico de laboratório.

O sistema de movimento também precisa fornecer força linear suficiente para impulsionar o fluido. A força necessária é afetada pela viscosidade do fluido. Muitas pipetas podem operar com uma variedade de fluidos com viscosidades variadas, portanto, quanto maior a força que um motor pode fornecer, mais flexível será seu uso em um laboratório; os requisitos de força também são multiplicados se uma pipeta for projetada para distribuição multicanal. Além da força para impulsionar o fluido, o maior requisito de pico de torque de uma pipeta é a ejeção da ponta de pipeta descartável, normalmente removida para evitar a contaminação cruzada da amostra.

Para otimizar o uso pelo técnico de laboratório, a pipeta também deve ser compacta e leve. O tipo de motor e seu método de controle impactam significativamente a pegada e o peso total do dispositivo, o que significa que as demandas de desempenho do motor, incluindo considerações relacionadas à sua fonte de alimentação, devem ser equilibradas com os requisitos ergonômicos. Este impacto mais amplo, além da atuação do pistão sozinho, destaca a necessidade de especificação do sistema de movimento ocorrer o mais rápido possível dentro do processo de design completo de uma pipeta.

Transpondo os requisitos dos técnicos de laboratório para o design de movimento de uma pipeta, as características de atuação permanecem fundamentais. Começando com precisão de controle, um motor CC de escova com um codificador fornece precisão sobre a atuação do pistão. Como alternativa, um motor de passo empilhável gira em etapas definidas para cada pulso de corrente, o que significa que sua posição, em relação ao ângulo de cada etapa, é sempre conhecida. Embora isso não forneça a mesma precisão de um motor DC com um codificador, um passo oferece alta precisão na maioria das aplicações de pipeta. O posicionamento do passo também pode ser otimizado projetando pequenos ângulos de passo e acionando o motor no modo de micropasso. O passo do parafuso de avanço que conecta o motor ao pistão também pode ser personalizado para um controle preciso.

Se a pipeta requer um torque maior, como para dispensação multicanal, um motor de escova DC tem uma vantagem. O motor DC pode funcionar mais rápido do que um motor de passo, permitindo a incorporação de engrenagens ou o uso de um passo de parafuso de avanço mais estreito. A pipeta pode gerar maior força e ainda assim manter a taxa de dispensação desejada.

Como um stepper não requer um codificador para controlar sua posição, isso ajuda a obter um design mais compacto e leve. E, como o motor pode ser projetado para incluir um rotor rosqueado e um parafuso de avanço integrado, obtém-se uma solução de movimento linear que se conecta coaxialmente com o pistão, permitindo um perfil de pipeta mais fino. Do ponto de vista do projeto de um fabricante de equipamento original (OEM), isso torna a integração de um motor de passo linear relativamente simples, economizando tempo e custos de desenvolvimento. Como alternativa, para converter o movimento rotativo em movimento linear, um motor CC precisa de uma engrenagem ou polia ligando o motor ao parafuso de avanço e ao pistão em um eixo paralelo separado. Essa abordagem aumenta a complexidade do projeto e adiciona tamanho e massa, exigindo um corpo de pipeta mais largo para acomodar o projeto.