Процесс и контроль сегодня

14.08.2023 Системы контроля жидкости Burkert

Точное микрофлюидное дозирование имеет важное значение для исследований в области медико-биологических наук и геномики, а также для оказания медицинской помощи. Для OEM-производителей, разрабатывающих микрофлюидные дозаторы, точное управление клапанами обеспечивает точные результаты. Однако для выбора оптимальной системы клапанов жизненно важно учитывать критерии, от совместимости материалов до интеграции коллекторов, чтобы обеспечить повторяемую точность.

Трой Штер, отраслевой менеджер по работе с лабораторными и медицинскими технологиями компании Bürkert, специализирующейся на контроле жидкостей, обсуждает требования к точному микрофлюидному контролю.

Реагенты являются неотъемлемой частью исследований в области наук о жизни, и результат их химического взаимодействия с другими веществами путем измерения, обнаружения или изучения результатов имеет жизненно важное значение для разработки методов лечения. Важным элементом этого процесса является точный и повторяемый контроль дозирования реагентов в микрофлюидных объемах до 1 мкл и ниже. Те же требования применимы и к геномике, например, к проведению метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) для амплификации выбранных сегментов ДНК. Точное и надежное микрофлюидное дозирование также может зависеть от жизни во многих медицинских приложениях.

Сегодня машины могут заменить ручное обращение с пипетками более точным и последовательным дозированием. Автоматизация не только экономит время квалифицированных специалистов, но и быстрое дозирование по нескольким каналам также повышает производительность. Для достижения этих результатов необходимо в значительной степени полагаться на систему управления клапанами дозатора.

Открытый или закрытый цикл?

Понимание необходимой точности дозирования обычно является отправной точкой при составлении спецификации клапанной системы. Пациентов лечат или диагностируют на основе результатов лабораторных исследований, поэтому требования к точности предполагаемой оценки определяют точность дозирования, которую должен обеспечить аппарат. Оптимизация объемного использования также важна для контроля затрат как на использование, так и на утилизацию некоторых очень дорогих реагентов и участвующих веществ.

Дозирование по времени и давлению, достаточное для многих микрофлюидных приложений, обеспечивает точность <1% с повторяемой объемной точностью от 2 до 5%. При использовании этого метода поток среды контролируется открытием или закрытием клапана на определенное время для каждого цикла переключения. Используя воздух или инертный газ для создания давления в резервуаре с жидкостью в сочетании с дозирующим клапаном, этот метод позволяет контролировать дозирование до однозначных объемов мкл (микролитров).

Микроклапаны Bürkert для дозирования по времени и под давлением имеют шаг управляющего сигнала ~10 мкс (микросекунды), что обеспечивает высокую точность управления клапаном ниже 1%. Если требуется еще более высокая точность, Bürkert также предлагает систему управления клапаном с замкнутым контуром. Эти системы оснащены датчиком, обеспечивающим обратную связь о фактическом состоянии клапана, что позволяет постоянно регулировать скорость открытия/закрытия клапана. Альтернативно, система с разомкнутым контуром, такая как дозирование по времени и давлению, работает исключительно по входной команде клапана, независимо от изменений, которые могут повлиять на время его переключения и, как следствие, на фактический объем дозирования.

точность дозирования мкл и нл

Системы с замкнутым контуром часто работают по принципу Кориолиса, при котором вибрации трубки, несущей жидкость, измеряются с получением выходного сигнала, пропорционального потоку. Благодаря этой технологии контроллер/измеритель массового расхода Bürkert может достигать точности дозирования на уровнях ниже 1 мл. Тем не менее, новая инновация станет первым устройством, доступным на рынке, с возможностью измерения мкл (микролитра) и точностью регулирования с обратной связью, с датчиком перепада давления, встроенным в устройство вместе с клапаном. Новая система дозирования Bürkert позволяет измерять и контролировать объем до 50 нл (нанолитров), а точность измерения составляет более 1 %, измеренная в ходе миллионов циклов испытаний, завершенных на данный момент.

Решающее значение для контроля во времени имеет совместимость между средой и материалом жидкостного блока и уплотнений, особенно когда задействовано несколько реагентов и веществ. В зависимости от свойств среды могут потребоваться различные материалы уплотнений, и их выбор требует тщательного рассмотрения. Проблемы совместимости могут привести к вздутию уплотнений и их разрыву с течением времени, а при работе с микрофлюидикой возникающие в результате проблемы контроля усугубляются. В системе Bürkert единственными материалами, контактирующими с рабочей средой, являются PEEK, используемый для изготовления корпусов клапанов, а также уплотнительный материал FFKM или EPDM.