Optimerad vätskehantering i analysinstrument

Vem har inte hört talas om PCR-testet? In vitro-diagnostik (IVD) i allmänhet, och analysatorer i synnerhet, har alltid spelat en nyckelroll i samhället genom de tester som utförs på biologiska prover (till exempel blod, urin eller vävnader) för att diagnostisera eller utesluta sjukdomar. Covid-19 har satt fokus på IVD men de som är yrkesverksamma inom IVD visste sedan tidigare att en tidig diagnos kan göra skillnad. Eftersom vätskehantering involverar många kritiska delar som är sammanlänkade, är det viktigt att ha en kunnig partner som kan leverera beprövade lösningar för hela systemet redan i de tidiga utvecklingsfaserna. Och den partnern är SMC.

I analysatorernas land

Låt oss definiera vad en analysator är. Ett instrument eller en enhet som utför kemisk analys av prover eller provflöden för att tillhandahålla hematologiska värden (t.ex. antal röda blodkroppar, hemoglobinkoncentrationer) eller för att fastställa koncentrationen av t.ex. kolesterol, glukos. På så vis hjälper analysatorn till att diagnostisera och behandla sjukdomar som inkluderar till exempel diabetes, infektionssjukdomar, onkologi, anemi, autoimmuna brister, cancer och hepatit, drogtestning av HIV/AIDS och naturligtvis Covid-19.

Det finns tre sorters analysatorer:

• för kliniska laboratorietester
• för patienttester
• för självtester
   

Optimerad vätskehantering är avgörande för att säkerställa önskad hastighet, repeterbarhet och noggrannhet

Oavsett testteknik – t.ex. klinisk kemi, hematologi, immunanalys av urin, DNA, biologi, molekylär – så utgör hanteringen vätskor eller gaser en avgörande del eftersom det bidrar till att säkerställa önskad hastighet, repeterbarhet och noggrannhet för en analysator. Dessa komplexa system hanterar provextraktion, blandning med reagenser, inmatning i analysatorn och slutligen rengöring av sin egen krets. I detta sammanhang är det avgörande att välja en leverantör med ett komplett och beprövat sortiment av lösningar.

 

Utmaningen att lösa kraven på både snabbhet och repeterbarhet

En av de största tekniska utmaningarna med vätskehantering är interaktionen mellan de givna funktionerna. Detta skapar en situation där en ökning av hastigheten kan äventyra repeterbarheten. Kombinationen av hastighet och tryck kan påverka testprecisionen eftersom hastigheten ökar risken för att bubblor eller turbulens bildas, vilket påverkar repeterbarheten.  Valet av rätt komponenter med minimering av död volym, kretsoptimering och kompatibelt material i mediaberörda delar, reducerar dessa problem.

 

Säkerställ att ingen provkontaminering sker

På en analysator styr magnetventiler ON/OFF och flödesvägarnas riktning för olika funktioner, från vätskeprovtagningskrets till utloppskrets. Dessa ventiler hanterar flödet av blekmedel eller saltlösning som rengör testutrustningens slangar, liksom sonderna på pipetter och pumpar innan ett nytt prov kan analyseras. Det är med andra ord avgörande att minimera dödvolymen för att säkerställa att ingen kontaminering sker.

De mediaseparerarande ventilernas viktigaste egenskap är membranet av EPDM, FKM eller FFKM (Karlez™). Resten av den våta delen är tillverkad av PEEK, vilket helt isolerar dess inre delar från analysatorns flödesväg för att minska risken för kontaminering av processvätskan. Utrymmet mellan ventilens inre kammare och flödesväg är avsiktligt konstruerat för att minimera död volym, där uppfångade kemikalier kan överföras till nästa testflöde när ventilen stängs och öppnas.

Den inre flödesvägen i en LVM-ventil från SMC har släta ytor, vilket förhindrar generering av bubblor och andra flödesproblem. SMC erbjuder beprövade högkvalitativa lösningar som alla är uppbackade av specialiserade säljteam. Vi har ett brett utbud som täcker många alternativ och storlekar. Centrala funktioner för SMC:s ventiler är låg strömförbrukning för att undvika värmeöverföring till vätskan.

 

Säkerställ funktion och prestanda med ett anpassat akrylblock

(Acrylic manifold)

Ett ventilblock av akryl är ett block i flera skikt motsvarande ett tryckt kretskort, men för vätskor. Det säkerställer att provet och reagenset förs in i analysatorn i rätt proportioner. Denna lösning ger många fördelar jämfört med rör-till-rör-anslutningar vid analyser. Till exempel minskar ett akrylblock avsevärt antalet skarvar, vilket motverkar vanliga analysatorproblem som läckor och manipulering av rör och därmed ger bättre repeterbarhet. Dessa lösningar minskar också den totala storleken på vätskeenheten, vilket sparar utrymme i en mycket trång analysator. En ytterligare fördel är att det blir lätt att göra visuella inspektioner för att kontrollera till exempel förorening av flödesvägar.

Alla akrylblock som vi tillhandahåller är specialdesignade eftersom de måste uppfylla de specifika behoven när det gäller krets, monterade komponenter, utrymmesbegränsningar, optisk klarhet, kemisk kompatibilitet och flödeshastighetsbana. I förhållande till flödeshastighetsbanan möjliggör vår optimerade krökta konstruktion ett jämnare vätskeflöde. Under finjusteringen av vår process säkerställer vi minimering av död volym genom att hantera risken för att bubblor bildas.

Blocken monteras med värme och tryck eftersom man vill undvika kemiska reaktioner. Vanliga material är akryl, men även PVC, Polysulfon och Ultem™.

Vi bygger en konceptenhet (POC) med full funktionstestning och levererar ett testat block. Den anpassade konstruktionen inkluderar möjligheten att integrera alla nödvändiga komponenter såsom tryck- och flödessensorer eller ventiler. Vi levererar med andra ord en plug and play-lösning.

 

Säkerställ hög noggrannhet vid mikrodispensering

Precisionsdispensering av vätska säkerställer flödet och mätningen av vätske-/gasprover, reagenser och rengöring. En magnetmembranpump levererar en korrekt uppmätt vätskedos varje gång magneten strömsätts och är därför perfekt för dosering eller för blandning av lösningar.

Våra magnetpumpar för vätskedispensering erbjuder justerbar pumpvolym från 5 μl till 200 μl per slag, de självprimande miniatyrpumparna är konstruerade för mycket hög precision och har en repeterbarhet på ±1 %. Deras underhållsfria konstruktion säkerställer enkel och långvarig användning, medan deras kompakta hölje sparar utrymme och förenklar integrationen i komplexa system. Beroende på kraven kan de konfigureras med olika kemiskt resistenta material (våt del av PEEK eller PP och membran och tätningar kan vara av EPDM eller FKM) för att skapa den optimala kombinationen av funktioner och egenskaper för den specifika applikationen.

 

Automatisera driften med pneumatisk eller elektrisk styrning

När det gäller att automatisera sådant som provhantering och laddning, öppna reagenskamrarnas dörrar, tvätta kretsarna och mata ut använda kyvetter i avfallsflödet kan den som bygger analysatorn använda sig av tryckluftsdrivna- eller elektriska lösningar.

En ökande branschtrend för analysatorer är att inte integrera en tryckluftskälla, på grund av buller, vibrationer, dimensioner, underhåll eller läckageproblem. Oavsett vilken automatiseringsteknik som väljs erbjuder vi ett komplett utbud av pneumatiska lösningar samt elektriska ställdon och kontroller för analysatorer. Elektrisk automation kan till exempel innehålla eldrivna roterande bord som ger kontinuerliga 360º-rotationer, vilket gör dem idealiska för indexering av hjul på prov- och reaktionsbrickor. Vi förser även kompakta och lätta elektriska gripdon med justerbar gripkraft som är lämplig för hantering av en mängd olika injektionsflaskor och provrör.

Men det som gör hela skillnaden för att matcha kundernas system för vätskehantering, är vår expertis i att utveckla, eller rättare sagt, utveckla anpassade konstruktioner tillsammans. Lokala ingenjörer uppbackade av vårt globala nätverk av tekniska centra för att gemensamt hitta de bästa tekniska lösningarna för varje hanteringssystem.

Om den bäst lämpade lösningen är tryckluftbaserad är membrantorken en nyckelkomponent för att säkerställa borttagning av fukt. Även en liten mängd fukt i tryckluften kan vara problematisk för en analysator; luftfuktighet riskerar att minska komponenternas livslängd och produkternas funktionalitet vilket påverkar analysatorns tillförlitlighet.

Eftersom de flesta analysatorer vanligtvis arbetar med lågt tryck och lågt flöde, är det viktigt att överväga om det behövs ett alternativ med lågt läckflöde.

 

Säkerställ temperaturkontroll för reagensernas hållbarhet

Temperaturkontroll av reagens kan också vara ett problem, särskilt för storskaliga analysatorer som utför hundratals tester per timme med olika reagenser. Den normala hållbarheten för ett icke-kylt reagens är två dagar. Men om reagenset hålls kylt kan hållbarheten förlängas till 35 dagar. Många analysatorer är utrustade med integrerade kylaggregat eller termiska styrenheter i reagenskamrarna för att bevara reagensernas hållbarhet. För alla dessa behov har SMC anpassade lösningar.

Genom rätt kombination av komponenter i vätskehanteringsdelen av analysatorn säkerställs hastighet, repeterbarhet och total noggrannhet i testdiagnostiken . Dessutom leder hanteringen av dessa frågor till kostnadseffektivitet, minskat underhåll och säker drift dag efter dag. Detta är en viktig faktor i de tidiga faserna för samutveckling och för att uppnå bästa möjliga resultat. På SMC har vi haft nära samarbete med tillverkare av analysinstrument i många decennier när det gäller produktutveckling. Våra Life Science-experter finns till hands redo att stödja denna viktiga bransch och på vis ge vårt lilla bidrag till god hälsa och välbefinnande.

 

Philippe Pinto
Industry Manager Life Science, SMC Europe

Läs mer här: 
SMC:s lösningar för analysteknik

2021-aug-31