CHOIX DU MOTEUR POUR LES PIPETTES ELECTRONIQUES

Les pipettes sont essentielles dans les laboratoires modernes parce qu'elles permettent de mesurer et de distribuer un volume spécifique de n'importe quel liquide. Différents types de pipettes sont utilisés en fonction de la taille du laboratoire et du volume à distribuer :

• À DÉPLACEMENT D'AIR
• À DÉPLACEMENT POSITIF
• VOLUMÉTRIQUES
• GRADUÉES

Depuis 2020, les micropipettes à déplacement d'air jouent un rôle important dans la lutte contre la COVID-19 puisqu'on les utilise dans la préparation des échantillons pour la détection des agents pathogènes (RT-PCR en temps réel, par exemple). Deux types de pipettes à déplacement d'air sont généralement employées : manuelles ou électroniques. (Figure 1)

PIPETTES MANUELLES VS. PIPETTES ÉLECTRONIQUES

Dans le cas d'une pipette à déplacement d'air, le déplacement vers le haut ou le bas d'un piston à l'intérieur de la pipette crée une pression négative ou positive sur la colonne d'air. Cette pression permet à l'utilisateur de prélever ou d'éjecter l'échantillon liquide avec l'embout jetable de la pipette, tandis que la colonne d'air sépare le liquide de la partie non jetable de la pipette. (Figure 2)

Le déplacement du piston peut être conçu pour être réalisé à la main par l'opérateur ou de façon électronique, avec un moteur que l'opérateur commande à l'aide de boutons.

LIMITES DES PIPETTES MANUELLES

La manipulation prolongée des pipettes manuelles peut devenir désagréable pour l'opérateur, voire néfaste pour sa santé. La force requise pour distribuer le liquide et éjecter la pointe de la pipette ainsi que le mouvement répétitif requis, souvent pendant plusieurs heures, peuvent accroître le risque de TMS (troubles musculosquelettiques), au niveau notamment des articulations du pouce, du coude, du poignet et de l'épaule.

Les pipettes manuelles nécessitent par exemple d'appuyer sur le boutonpoussoir pour expulser le liquide, alors que les pipettes électroniques utilisent un bouton déclencheur électronique à l'ergonomie bien supérieure. (Figure 3)

LA SOLUTION ÉLECTRONIQUE

Les pipettes électroniques, ou pipettes motorisées, sont une alternative ergonomique aux pipettes manuelles et constituent une solution efficace pour augmenter le débit des échantillons avec un maximum de précision et d'exactitude. À la place de l'habituel bouton-poussoir de pipetage et de l'ajustement manuel du volume, les pipettes électroniques sont dotées d'une interface numérique pour régler le volume et d'un piston motorisé pour réaliser l'aspiration et la distribution.(Figure 4)

Voici quelques-uns des autres avantages des pipettes électroniques :

CHOIX DU MOTEUR POUR LES PIPETTES ÉLECTRONIQUES

Comme le pipetage est habituellement la première étape d'un processus, tout défaut de précision, toute imperfection dans la mesure de cette quantité infime de liquide se répercute et affecte la précision d'ensemble du processus.

QU'ENTEND-ON PAR « PRÉCISION » ET « EXACTITUDE » ?

La précision est assurée lorsque la pipette distribue à chaque fois le même volume. L'exactitude est obtenue lorsque la pipette débite exactement le volume de liquide défini, sans aucune erreur. L'une peut exister sans l'autre, mais les secteurs d'activité qui utilisent des pipettes ont besoin des deux. Cette exigence critique permet de reproduire le résultat des expériences.

L'élément central d'une pipette électronique est constitué par son moteur, qui influence grandement la précision et l'exactitude, en plus de plusieurs autres facteurs importants comme la taille, la puissance et le poids. Les concepteurs de pipettes choisissent de préférence des actionneurs linéaires ou des moteurs à courant continu, qui ont chacun leurs forces et faiblesses.

MOTEUR À COURANT CONTINU

Les moteurs CC sont de simples machines électriques qui tournent lorsqu'elles sont alimentées par un courant continu. Aucun dispositif électronique complexe n'est nécessaire pour faire tourner le moteur. Toutefois, pour réaliser le mouvement linéaire exigé par la pipette électronique, la solution moteur CC nécessite une vis-mère et un systèmed’engrenages pour convertir le mouvement rotatif en mouvement linéaire et fournir la force requise. Elle doit aussi utiliser un mécanisme de retour d’information, qui prend la forme d'un capteur optique ou d'un codeur pour commander avec précision la position linéaire du piston. Pour améliorer la précision de positionnement, certains concepteurs ajoutent un système de freinage afin de compenser la forte inertie du rotor. L'utilisation d'un moteur CC peut certes améliorer la précision et l'exactitude globales du système de pipetage, mais cette solution peut être onéreuse.

MOTEUR PAS-À-PAS

C'est pourquoi nombre d'ingénieurs préfèrent utiliser un actionneur linéaire à moteur pasà-pas pour sa facilité d'intégration, ses performances et son faible coût. Un actionneur linéaire à moteur pas-à-pas est composé d'un moteur pas-à-pas Can Stack, d'un rotor fileté et d'une vismère intégrée. Le tout assure un mouvement linéaire direct dans un ensemble compact.

Contrairement au moteur à courant continu, la vis-mère de l'actionneur linéaire à moteur pas-à-pas monte et descend par pas discrets sous l'effet d’impulsions électriques. Un des principaux avantages de l'actionneur linéaire est son aptitude à être commandé avec précision dans un système en boucle ouverte, autrement dit sans dispositif coûteux de retour d’information ni système de freinage pour le positionnement. D'une manière habituelle, un faible angle de pas et un choix de pas de vis permettent de réaliser un positionnement avec une haute résolution que l'on peut encore renforcer en entraînant l'actionneur linéaire à moteur pas-à-pas en modemicro-pas.

S'ils ne sont pas correctement dimensionnés, les moteurs peuvent perdre des pas, ce qui entraîne des défauts de précision pendant la distribution. Mais il est facile d'y remédier en veillant à ce que la puissance du moteur soit précisément adaptée au système d'entraînement.

MOTEUR PAS-À-PAS

C'est pourquoi nombre d'ingénieurs préfèrent utiliser un actionneur linéaire à moteur pasà-pas pour sa facilité d'intégration, ses performances et son faible coût. Un actionneur linéaire à moteur pas-à-pas est composé d'un moteur pas-à-pas Can Stack, d'un rotor fileté et d'une vismère intégrée. Le tout assure un mouvement linéaire direct dans un ensemble compact. (Figure 5 Figure 6)

Contrairement au moteur à courant continu, la vis-mère de l'actionneur linéaire à moteur pas-à-pas monte et descend par pas discrets sous l'effet d’impulsions électriques. Un des principaux avantages de l'actionneur linéaire est son aptitude à être commandé avec précision dans un système en boucle ouverte, autrement dit sans dispositif coûteux de retour d’information ni système de freinage pour le positionnement. D'une manière habituelle, un faible angle de pas et un choix de pas de vis permettent de réaliser un positionnement avec une haute résolution que l'on peut encore renforcer en entraînant l'actionneur linéaire à moteur pas-à-pas en modemicro-pas.

S'ils ne sont pas correctement dimensionnés, les moteurs peuvent perdre des pas, ce qui entraîne des défauts de précision pendant la distribution. Mais il est facile d'y remédier en veillant à ce que la puissance du moteur soit précisément adaptée au système d'entraînement.

Quelques facteurs clés pour le choix du moteur :

• PRÉVOIR UN FACTEUR DE SÉCURITÉ MINIMAL DE 50 % DE LA COURBE VITESSE/FORCE
• ÉVITER LES POINTS DE RÉSONANCE BASSE FRÉQUENCE PENDANT LE FONCTIONNEMENT
• ÉVITER LES MOUVEMENTS SOUDAINS DE RETOUR EN ARRIÈRE ET LES CHANGEMENTS DE CHARGE EXTERNESPRÉVOIR UN FACTEUR DE SÉCURITÉ MINIMAL DE 50 % DE LA COURBE VITESSE/FORCE
• ÉVITER LES POINTS DE RÉSONANCE BASSE FRÉQUENCE PENDANT LE FONCTIONNEMENT
• ÉVITER LES MOUVEMENTS SOUDAINS DE RETOUR EN ARRIÈRE ET LES CHANGEMENTS DE CHARGE EXTERNES

CONCLUSION

Pour résumer, les moteurs pas-à-pas et les moteurs CC ont chacun des avantages spécifiques en ce qui concerne la présente application. Si la solution moteur CC avec mécanisme de retour d’information intégré améliore la précision et l'exactitude, la solution moteur pas-à-pas est celle qui offre le meilleur rapport coût/efficacité. Elle peut être commandée avec précision dans le système en boucle ouverte en faisant varier le nombre d’impulsions d’entrée et leur fréquence. À condition d'être correctement dimensionné pour l'application, un moteur pas-à-pas offre la fiabilité nécessaire pour assurer une distribution exacte et précise des liquides.

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