Motorauswahl Für Point-of-care-tischgeräte

Schnelle und zuverlässige Probentestergebnisse spielen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung einer genauen medizinischen Versorgung. Die Fähigkeit, schnell eine angemessene Behandlung zu verabreichen, kann der entscheidende Faktor zwischen Leben und Tod sein. Verschiedene Probentestverfahren wie Blut- und Urintests erforderten in der Vergangenheit spezialisierte Labore außerhalb von Gesundheitseinrichtungen, komplexe Geräte und hochqualifizierte Labortechniker. Dieser herkömmliche Testansatz stellte ein Hindernis dar, wenn es darum ging, schnelle und verlässliche Ergebnisse zu liefern. Dazu zählten Herausforderungen beim Probentransport, das erforderliche Fachwissen der Techniker und potenzielle Engpässe in den Testeinrichtungen. Die COVID-Krise verdeutlichte dieses Problem, insbesondere indem die Ergebnisse von PCR-Tests mehrere Tage in Anspruch nehmen konnten.

EINFÜHRUNG IN POINT-OF-CARE-TESTGERÄTE (POCT)

Die oben beschriebenen Herausforderungen können mit Point-of-Care-Testgeräten (POCT) gelöst werden, deren Testfunktionen direkt Patienten oder Ärzten zur Verfügung gestellt werden. Es gibt zwei Haupttypen von POCT-Geräten: Handgeräte und Tischgeräte. Handgeräte verwenden entweder eine manuelle oder eine einfache einzelne Ansteuerung und eignen sich hervorragend für einfache Aufgaben, sind aber nicht so anpassungsfähig, wie es für komplexe Tests mit mehreren Schritten erforderlich ist. Tischgeräte hingegen sind Einzelgeräte, die speziell für die schnelle Durchführung komplexer Tests entwickelt wurden. Sie sind benutzerfreundlich, haben eine bequeme Größe und können direkt in einer Arztpraxis verwendet werden. Dieser Artikel befasst sich mit POCT-Tischgeräten.

MOTORTECHNOLOGIEN FÜR POCT-TISCHGERÄTE

Die Auswahl eines geeigneten Miniaturmotors ist entscheidend für ein erfolgreiches POCT-Tischgerät. Die Motoren in diesem Gerät erfüllen mehrere Funktionen, die jeweils unterschiedliche Anforderungen und Spezifikationen haben. Während die spezifischen Anforderungen für jede Aufgabe unterschiedlich sind, gelten bestimmte Prinzipien für alle Bewegungssysteme. Die Zuverlässigkeit ist entscheidend, um einen konsistenten und wartungsfreien Betrieb über die gesamte Lebensdauer des Geräts sicherzustellen und genaue Testergebnisse zu gewährleisten. In Anbetracht des potenziellen Vorhandenseins zahlreicher Motoren — bis zu 20 in einem einzigen Gerät — sind Faktoren wie Größe, hohe Kraftdichte und Kosteneffizienz ausschlaggebend für die Entwicklung eines wettbewerbsfähigen Geräts. Über diese allgemeinen Kriterien hinaus erfordern die vielfältigen Aufgaben des Geräts einzigartige Eigenschaften wie hohe Effizienz oder robuste Haltekapazitäten.

Schrittmotoren

Schrittmotoren bieten eine interessante Bewegungslösung für POCT-Tischgeräte, da die meisten Aufgaben, die von Miniaturmotoren angetrieben werden, ein hohes Drehmoment und ein wichtiges (stromloses) Haltemoment anstelle hoher Drehzahlen erfordern. Das wichtige Haltemoment eines Schrittmotors ist – auch wenn es in einigen Anwendungen als Nachteil angesehen wird – ein Vorteil für diese Anwendung, da es den Batterieverbrauch für das langfristige Halten der Position drastisch reduziert. Diese kostengünstige Motortechnologie ermöglicht es POCT-Tischgeräten, die eine erhebliche Anzahl von Motoren für verschiedene Aufgaben benötigen, einen wettbewerbsfähigen Preis zu garantieren.

Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren

Die höhere Leistungsfähigkeit bürstenbehafteter Gleichstrommotoren macht diese Motortechnologie zu einer idealen alternativen Bewegungslösung für Tischgeräte. Die höhere Kraftdichte von Gleichstrommotoren ermöglicht eine deutliche Reduktion ihrer Größe und die Integration einer großen Anzahl von Motoren in ein Tischgerät. Die höhere Effizienz reduziert die Batterielebensdauer und den Verbrauch bei Anwendungen mit hohem Arbeitszyklus. Drittens ist die einfache Geschwindigkeitsregelung dieser Technologie und das Fehlen komplexer Elektronikanforderungen ideal. Diese Motoren sind gut für POCT-Geschwindigkeitsanwendungen geeignet und bieten gleichzeitig eine wettbewerbsfähige Preispositionierung des Geräts.

Bürstenlose Gleichstrommotoren

POCT-Konstrukteure verwenden in der Regel Schritt- oder bürstenbehaftete Gleichstrommotoren in ihrer Geräteentwicklung und vermeiden aufgrund der Preisgestaltung und Komplexität der Steuerung die bürstenlose DC-Technologie. Mit den neuesten Entwicklungen in der BLDC-Technologie entwickelt sich dieser Motortyp jedoch immer mehr zu einer praktikablen Lösung für neue Tischgeräte. Bürstenlose Gleichstrommotoren zeichnen sich durch einen höheren Wirkungsgrad, eine höhere Leistungsdichte und eine längere Lebensdauer als bürstenbehaftete Gleichstromoder Schrittmotoren aus, was zu einer Reduktion der Größe, einer verbesserten Batterienutzung und einer längeren Gerätelebensdauer beiträgt. Der Einsatz von BLDCMotoren war in der Vergangenheit aufgrund des Preises und der Notwendigkeit komplexer Steuerungen kostenintensiv. Neue Entwicklungen in Produktion, Steuerung und Technologie tragen jedoch zu einer deutlichen Preissenkung bei bürstenlosen Motoren bei, was ein gestiegenes Interesse an dieser Technologie für POCT-Anwendungen mit sich bringt.

MOTORANWENDUNGEN IN POCT-TISCHGERÄTEN

In verschiedenen POCT-Tischanwendungen kommen Miniaturmotoren zum Einsatz. Einige Beispiele sind:

Blisterberstanwendungen. Um Chemikalien im Testgerät zu dosieren, verwenden POCT-Geräte chemische Blister, die zum Bersten gebracht werden müssen. Lineare Schrittmotoren sind für diese Anwendung aufgrund ihrer Präzision und Steuerung beim Betätigen des Berstmechanismus eine ideale Technologie. In solchen Geräten steuert diese Motortechnologie präzise die Bewegung eines Berstelements, das die Blisterpackung mit den Reagenzien durchstößt oder öffnet. Die 26DBM DLA von Portescap ist eine ideale Bewegungstechnologie für diesen Prozess.
Ventilansteuerung. Point-of-Care-Testgeräte basieren häufig auf der Verwendung von Einwegkartuschen mit einer hohen Anzahl von Mikrokanälen. Zur Steuerung der Flüssigkeitsverteilung innerhalb der Mikrokanäle sind zahlreiche Ventile erforderlich. Der ideale Motor zur Ansteuerung dieser Ventile ist dank seiner linearen Bewegung, Haltekraft und Kosteneffizienz ein kleiner linearer Schrittmotor, wie der digitale Linear-Aktuator 20DAM von Portescap.
Handhabung von Flüssigkeiten (Mischen und Pumpen). Das Befördern der Flüssigkeit innerhalb des Prüfgeräts ist von entscheidender Bedeutung und erfolgt mit einer kleinen Pumpe. Da diese Aufgabe eine gleichmäßige, kontinuierliche Drehung bei hoher Drehzahl erfordert, sind ein bürstenloser Gleichstrommotor wie der 12ECP48 Ultra ECTM-Motor oder ein Bürsten-Gleichstrommotor wie der 12GS88 Athlonix TM-Motor die optimale Wahl.
Probenbeförderung. Proben werden in der Regel über eine kleine Öffnung in das POCT-Gerät eingeführt und müssen entweder automatisch hineinbewegt oder am Ende des Tests aus dem Gerät ausgeworfen werden. Dieser Vorgang erfolgt durch eine Linear- oder Drehbewegung mit präziser Positionsregelung. Schrittmotoren eignen sich hervorragend für diesen Prozess, darunter der Portescap 26M024 für Drehbewegungen oder der 26DBM für Linearbewegungen.
Türansteuerung und -verriegelung. Da POCT-Geräte sensible, komplexe Tests durchführen, obwohl sie von nicht qualifiziertem Personal verwendet werden, ist in der Regel ein Tür- bzw. Verriegelungssystem erforderlich, um Manipulationen durch den Benutzer zu verhindern. Ein hohes Haltedrehmoment ist für eine erfolgreiche Türansteuerung und -verriegelung von entscheidender Bedeutung. Daher eignen sich Schrittmotoren (mit oder ohne Linearbewegung), einschließlich der 35DBM und 35L048D Can-Stack-Schrittmotoren von Portescap, gut für diese Aufgabe.

FAZIT

Obgleich Konstrukteure bislang den traditionellen Schritt- und Gleichstrommotoren den Vorzug gaben, haben sich auch BLDC-Motoren in jüngster Zeit als vielversprechende Alternative zu Gleichstrommotoren im Bereich der Point-of-Care-Tests positioniert. Jede Technologie bietet für diese Geräte unterschiedliche Vorteile. Schrittmotoren eignen sich hervorragend für Anwendungen, die ein Haltemoment und eine präzise Positionsregelung erfordern, und sind eine gute Wahl für Entwickler, die Wert auf Kosteneffizienz legen. Andererseits stellen bürstenbehaftete Gleichstrom- und BLDC-Motoren die optimale Wahl für Anwendungen mit hohen Zyklen und Geschwindigkeiten sowie für Konstrukteure dar, die die Größe der Geräte verringern möchten. Angesichts der Vielfalt der Anwendungen für POCT-Geräte kann die Zusammenarbeit mit einem Motorlieferanten, der alle drei Technologien in seinem Portfolio anbietet, sowohl in der Entwicklungs- als auch in der Produktionsphase äußerst hilfreich sein.

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Abbildung 1: Can-Stack- Schrittmotor von Portescap – 15M020D
Abbildung 2: Digitaler Linearaktuator von Portescap – 20DAM-K
Abbildung 3: Bürstenbehafteter Gleichstrommotor von Portescap – 12GS88
Abbildung 4: Bürstenloser Gleichstrommotor von Portescap – 12ECP48
Motoranwendungen und technische Anforderungen für Tischgeräte