SELEÇÃO DE MOTORES PARA PIPETAS ELETRÔNICAS

No que diz respeito a medir e dispensar um volume específico de qualquer líquido, as pipetas são essenciais no ambiente laboratorial atual. Tipos diferentes de pipetas são geralmente usados dependendo da escala do laboratório e do volume a ser dispensado:

  • DE DESLOCAMENTO DE AR
  • DE DESLOCAMENTO POSITIVO
  • VOLUMÉTRICAS
  • GRADUADAS

Em 2020, começamos a ver micropipetas de deslocamento de ar desempenharem um papel significativo na luta contra a COVID-19, na qual são usadas para a preparação de amostras para detecção de patógeno (por ex., RT-PCR em tempo real). Normalmente, podem ser usados dois designs diferentes, sejam pipetas de deslocamento de ar manuais ou eletrônicas. (Figura 1)

PIPETAS MANUAIS VS. ELETRÔNICAS

No exemplo de uma pipeta de deslocamento de ar, um pistão é deslocado ou para cima ou para baixo dentro da pipeta, para criar uma pressão negativa ou positiva na coluna de ar. Isso permite que o usuário aspire ou ejete a amostra de líquido com a ponteira descartável para pipeta, enquanto a coluna de ar na ponteira separa o líquido da parte não descartável da pipeta. (Figura 2)

O movimento do pistão pode ser projetado para ser feito manualmente pela mão do operador ou como uma versão eletrônica, na qual um motor move o pistão, controlado pelo operador por meio de botões.

LIMITAÇÕES DAS PIPETAS MANUAIS

O uso de pipetas manuais por um período maior pode causar desconforto ou até lesões no operador. A força necessária para dispensar o líquido e ejetar a ponteira da pipeta, combinada com o movimento repetitivo, frequentemente por várias horas, pode aumentar o risco das chamadas LER (lesões por esforços repetitivos) de articulações, especialmente polegares, cotovelos, pulsos e ombros.

Pipetas manuais exigem que o botão controlado pelo polegar seja pressionado para liberar o líquido, enquanto as pipetas eletrônicas proporcionam uma ergonomia muito melhor neste exemplo com um botão de acionamento eletrônico. (Figura 3)

UMA ALTERNATIVA ELETRÔNICA

Pipetas eletrônicas ou motorizadas são uma alternativa ergonômica para pipetas manuais e um meio eficiente de aumentar a produção de amostras com precisão e precisão. Ao invés do botão de pipetagem tradicional controlado pelo polegar e do ajuste manual do volume, as pipetas eletrônicas têm uma interface digital para ajustar o volume e um pistão motorizado para aspiração e dispensação. (Figura 4)

Algumas outras vantagens das pipetas eletrônicas incluem:

CARACTERÍSTICA BENEFÍCIO DO USUÁRIO

Menor força necessária para dispensar o líquido durante cada passo da pipetagem

Operação sem cansaço, risco reduzido de lesões

Não é necessário botão manual de pipetagem controlado pelo polegar

Design mais ergonômico, menor tensão no polegar do usuário

Interface digital, por ex., tela sensível ao toque a cores

Representação clara dos parâmetros críticos, acesso rápido às funções de pipetagem disponíveis

Funções avançadas possíveis, como ejeção automática da ponteira, detecção automática do volume na ponteira, multidispensação sequencial

Operação confortável e segura, menor risco de erros, maior eficiência

SELEÇÃO DE MOTORES PARA PIPETAS ELETRÔNICAS

Como a pipetagem é normalmente o primeiro passo de um processo multipassos, qualquer falta de precisão ou imperfeição na mensuração desta pequena quantidade de líquido é conduzida ao longo do processo e ao final impacta a precisão e precisão total.

O QUE É PRECISÃO E ACURÁCIA?

A precisão é atingida quando a pipeta dispensa o mesmo volume várias vezes. A acurácia se dá quando a pipeta dispensa exatamente o volume que se pretende sem nenhum erro. É possível atingir uma sem a outra, entretanto, os setores que usam pipetas exigem tanto precisão quanto acurácia. Aliás, essa exigência crítica é o que torna possível reproduzir o resultado dos experimentos.

O coração de qualquer pipeta eletrônica é seu motor, que influencia enormemente na precisão e na acurácia, além de outros fatores importantes como tamanho, potência e peso do sistema. Os engenheiros de projetos de pipetas escolhem atuadores lineares de passo ou motores de corrente contínua. Em última análise, motores de passo e motores de corrente contínua têm seus pontos fortes e fracos.

MOTOR DC

Os motores de corrente contínua são máquinas elétricas simples que giram quando a energia elétrica contínua é aplicada. Eles não exigem componentes eletrônicos complexos para acionar o motor. Entretanto, ao considerar o requisito de movimento linear para a pipeta eletrônica, uma solução de motor de corrente contínua necessita de um sistema de fuso e engrenagem adicional para converter o movimento rotacional para o movimento linear e fornecer a força necessária. A solução de corrente contínua também precisará de um mecanismo de controle de retorno na forma de um sensor óptico ou encoder para controlar a acurácia da posição linear do pistão. Alguns projetistas podem também adicionar um sistema de freios para melhorar a precisão do posicionamento, devido à elevada inércia do seu rotor. O uso de um motor de corrente contínua pode melhorar a precisão e a acurácia gerais do sistema de pipetagem, mas pode ser uma solução cara.

MOTOR DE PASSO

Por outro lado, muitos engenheiros preferem usar uma solução de atuador de passo linear devido à sua facilidade de integração, desempenho e custo baixo. Um atuador linear de passo compreende um motor de passo com um rotor de rosca e um fuso integrado, que proporciona um movimento linear direto em um encapsulamento menor. (Figura 5 Figura 6)

Diferentemente do motor de corrente contínua, o fuso atuador de passo linear se move para cima e para baixo, em incrementos de passos discretos quando pulsos elétricos são aplicados. Uma das vantagens importantes de usar um atuador linear de passo é a sua capacidade de ser controlado acuradamente em um sistema de malha aberta, o que elimina a necessidade de dispositivos de retorno ou um sistema de freio caros que são necessários para o posicionamento. Geralmente, um ângulo de passo pequeno e diferentes passos de fuso à escolha oferecem a possibilidade de posicionamento de alta resolução, o que pode ser ainda mais aumentado acionando o atuador linear de passo em modo micropasso.

Se não forem dimensionados corretamente, os motores de passo podem perder passo, o que levaria a erros durante a dispensação. Entretanto, isso pode ser facilmente corrigido ao assegurar a potência correta do motor para o sistema de acionamento.

Abaixo, há algumas considerações chave para a seleção do motor:

  • MANTER UM FATOR DE SEGURANÇA MÍNIMO DE 50% PARA A CURVA DE VELOCIDADE/FORÇA
  • EVITAR PONTOS DE BAIXA FREQUÊNCIA DE RESSONÂNCIA DURANTE A OPERAÇÃO
  • EVITAR ACIONAMENTO DE RETORNO, MOVIMENTOS REPENTINOS E MUDANÇAS DE CARGAS EXTERNAS

CONCLUSÃO

Em resumo, tanto os motores de passo, quanto os de corrente contínua possuem vantagens exclusivas para esta aplicação. Enquanto o conceito de motor de corrente contínua com um mecanismo de feedback integrado proporciona precisão e precisão melhoradas, o conceito de motor de passo é a solução mais econômica e pode ser controlada com precisão no sistema de enlace aberto simplesmente ao variar o número de pulsos de entrada e a sua frequência. Se dimensionado apropriadamente, um motor de passo proporciona a confiabilidade necessária para a dispensação precisa e acurada.

FALE COM UM ENGENHEIRO

Figura 1: pipetas desempenham um papel importante na luta contra a COVID-19, por ex., em diagnósticos
Figura 2: pipeta manual
Figura 3: pipeta manual
Figura 4: pipetas eletrônicas
Figura 5 : Figura 6