Schnellere Ergebnisse, höheren Durchsatz, geringere Fehleranfälligkeit und weniger Personalkosten soll die Automatisierung in Analyselaboren ermöglichen. Antriebssysteme müssen in diesem Umfeld besonders dynamisch und präzise sein.
Automatisierte Prozesse gibt es heute in allen Laborbereichen, sei das in der Chemie, Pharma- oder Lebensmitteltechnologie. Für die Medizinbranche sind automatisierte Lösungen seit vielen Jahren bei der so genannten In-vitro-Diagnostik (IVD) unverzichtbar, wenn es also darum geht, medizinische Proben wie Blut, Urin oder Gewebe zu analysieren.
Das Ausmaß der Automatisierung ist in den verschiedenen Laboren sehr unterschiedlich und reicht von der Durchführung einzelner Prozesse mit Stand-Alone-Geräten bis zur kompletten Probenanalyse in komplexen Anlagen. Letztere werden vor allem in Bereichen benötigt, in denen sehr viele Proben nach einem standardisierten Protokoll untersucht werden müssen und wo daher wenig Flexibilität erforderlich ist – etwa bei der IVD im Zentrallabor eines Krankenhauses oder in großen Laboren für medizinische Diagnostik.
In diesen Laboren läuft nahezu der gesamte Analysevorgang automatisch ab. Das beginnt bereits mit dem Vorbereiten der Blutproben in den Entnahmeröhrchen, die nach Farben kodiert sind. Ein Scanner erfasst, welche Analyse für ein Röhrchen erforderlich ist, und sorgt dafür, dass es von einem Roboterarm entsprechend sortiert wird. Einige dieser Proben werden zudem zentrifugiert, um die Blutbestandteile voneinander zu trennen. Anschließend werden sie in speziellen Transporteinheiten zur Analysestation befördert, zum Beispiel per Fließband oder in einem kleinen Wagen mit Radantrieb.
Vielfältige Aufgaben fordern verschiedene Antriebe
Dort wird die Probe zunächst identifiziert, indem der Barcode auf eine Kamera ausgerichtet und ausgelesen wird. Anschließend wird die Verschlusskappe vom Röhrchen geschraubt und ein Teil der Probe entnommen. Für eventuelle spätere Tests wird das Röhrchen wieder verschlossen und archiviert. Die Probe wird für die eigentliche Analyse in ein Reaktionsgefäß überführt, zum Beispiel auf eine Testplatte oder eine Petrischale. Beim anschließenden Versuchsablauf werden Antriebe hauptsächlich für Prozesse wie Pipettieren, Liquid Handling, Mischen und Rühren gebraucht.
Die Ansprüche, die durch die vielen verschiedenen Bewegungen im Prozessablauf an die Antriebe gestellt werden, variieren stark. Förderbänder brauchen große, leistungsstarke Motoren, in den mobilen Komponenten müssen sie möglichst kompakt und leicht sein. Viele Anwendungen benötigen ein hochdynamisches System für wiederholte Start-Stopp-Bewegungen, etwa bei Pick-and-Place- und Pipettiervorgängen. Dabei ist Schnelligkeit ebenso gefordert wie eine sehr präzise Positionierung. Zudem spielen hier Größe und Gewicht eine Rolle: Der Antrieb für die Auf- und Abwärtsbewegung von Greifarm oder Pipettierkopf befindet sich meistens in der mobilen Komponente. Er muss daher besonders leicht und kompakt sein.
Für solche Anwendungen sind die DC-Kleinstmotoren der Serien 1524SR und 2224SR besonders gut geeignet, die die Schönaicher Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG anbietet. „Diese Motoren haben keine Eisenanker und sind daher leichter und kleiner als andere Modelle, die in Bezug auf die Leistung vergleichbar sind“, erläutert Dr. Aihua Hong, die bei Faulhaber für das Marktsegment Laborautomatisierung zuständig ist. Gleichzeitig zeichnen sich die Motoren laut Hong durch eine sehr hohe Dynamik aus. Sie werden meist in Kombination mit einem Encoder der Serie IE2 eingesetzt, der die Gesamtlänge der Einheit um lediglich 2 mm vergrößert. „So erreichen wir bei sehr kompakter Bauweise eine hohe Leistung“, erläutert Hong.
Besonderen Wert legen die Anwender von Antrieben für die Laborautomatisierung auf qualitativ hochwertige Komponenten: Die Geräte, in denen die Antriebe verbaut werden, sollen lange zuverlässig funktionieren. „Etwa neunzig Prozent ihres Gewinns generieren die Hersteller mit den Reagenzien, die sie für die Probenanalyse mit ihrem Gerät vertreiben. Die Lebensdauer ihrer Apparate und der konstante Absatz der Reagenzien hängen also unmittelbar zusammen“, sagt Hong.
Darüber hinaus müssen die Geräte für die IVD ein aufwendiges Zertifizierungsverfahren durchlaufen, bevor sie in Betrieb genommen werden dürfen. Um diesen Prozess nicht wiederholen zu müssen, wird der Ersatz vorhandener Geräte durch andere Modelle möglichst vermieden. Daher spielt auch die Verfügbarkeit von Ersatzteilen eine große Rolle – ein Aspekt, dem das Unternehmen Faulhaber laut Hong Rechnung trägt, indem die Antriebe auch nach langen Jahren noch durch baugleiche Teile ersetzt werden können. ■
Andreas Seegen, Dr. Fritz Faulhaber, Schönaich
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