Wie Präzisionsschläuche die Genauigkeit automatisierter Flüssigkeitsdosierung verbessern: Teil 2

Wie Schlaucheigenschaften den Prozess und seine Genauigkeit beeinflussen

In Biotechnologie und Laborautomation wird der globale In-vitro-Diagnostik-Markt (IVD) laut MarketsandMarkets™ bis 2025 96 Milliarden Dollar erreichen. Der Einsatz automatisierter Flüssigkeitsdosiersysteme wächst entsprechend der IVD-Nachfrage.

Viele Variablen beeinflussen die Leistung dieser Dosiersysteme:

• Art der zu probierenden Flüssigkeit
• Eingesetzte Reagenzchemikalien
• Art der Pumpe
• Kraft, die die Pumpe ausübt

Zusätzlich kann der in diesen Systemen verwendete Schlauch den Dosierprozess und die Testgenauigkeit in IVD und anderen Anwendungen erheblich beeinflussen. Sehen wir uns wichtige Überlegungen für Präzisionsschläuche in Flüssigkeitsdosiersystemen an.

Wie kann Carryover in Dosiersystemen reduziert werden?

Teil 1 dieser Serie diskutierte das potenzielle Carryover-Problem. Es tritt auf, wenn Flüssigkeit einer Vorprobe nicht vollständig entfernt wird und nachfolgende Proben kontaminieren kann.

Carryover kann verursacht werden durch:

• Flüssigkeit, die am Außendurchmesser eines Dosierschlauchs hochkriecht (wicking)
• Bildung eines „letzten Tropfens“, der am Schluchende verbleibt

In jedem Laborverfahren ist eine saubere Umgebung entscheidend. Natürlich ist Schlauchreinigung Teil des Prozesses bei Flüssigkeitsdosiersystemen – hilft, Carryover auf die allgemein akzeptierten 4 ppb (oder besser) zu reduzieren.

Carryover-Reduktion bewirkt zwei Dinge:

1. Senkt Gesamtkosten durch effizienteren Reagenzieneinsatz (sehr teuer)
2. Verbessert Testgenauigkeit durch präzisere Flüssigkeitsdosierung

Reicht Reinigung allein zur Carryover-Verhinderung?

Die Gesamteffektivität des Waschprozesses – ob aller Rückstand der Vorprobe aus Dosiersystemen entfernt werden kann – variiert je nach Anwendung, da Reinigung von vielen Faktoren abhängt.

Dazu gehören (nicht ausschließlich):

• Für Reinigung zugelassene Zeit
• Verwendete Reinigungslösung (verschiedene Metalle benötigen unterschiedliche Lösungen)
• Menge der Reinigungslösung
• Ob Zeit für Bleichen-Einweichen bleibt
• Wie oft Reinigungslösung und/oder Wasser durchgespült werden kann
• Wasservolumen (ca. 100-faches Probenvolumen ist gängiger Standard)
• Druck während Reinigung und Spülung

Minimales Carryover zu erreichen ist in großen Laboren mit hohem Testdurchsatz für Rentabilität herausfordernder.

Zusätzlich nutzen Dosiersysteme oft Schläuche mit IDs von nur 50 oder 100 µm – die Präzisionsschlaucheigenschaften beeinflussen sowohl Carryover als auch Reinigungsprozess.

Wie beeinflusst der Schlauchendschnitt Carryover?

Wie im vorherigen Blog erwähnt, kann die Form des Schlauchendes das Carryover-Risiko reduzieren. Abrunden des Dosierendes verringert die Bildung eines letzten Tropfens; kann aber Wicking begünstigen, je nach Flüssigkeit.

Statt flachem 90°-Schnitt bietet ein spitzerer, spitzwinkliger Schnitt mit scharfen Wänden weniger Oberfläche für Tropfenbildung. Doch wieder je nach Flüssigkeit kann dies den Flüssigkeitsaustritt verändern und die Testgenauigkeit beeinflussen.

Bei Präzisionsschläuchen mit fast haardünnem Durchmesser ist ein sauberer Endschnitt schwierig. Besondere Sorgfalt ist nötig, um den Schlauch beim Schneiden nicht zu kollabieren.

Angenommen, der richtige Schnitt ist machbar (Spezialität von Metal Cutting Corporation), können mögliche Endprobleme adressiert werden durch:

• Testen des Schlauchs mit der spezifischen zu dosierenden Flüssigkeit
• Identifizieren des Prozesses, der die meisten – realistisch vielleicht nicht alle – gewünschten Ergebnisse erreicht

Wie beeinflusst Schlauch-ID Flüssigkeitsdosiersysteme?

Die Faustregel: Je kleiner die Schlauch-ID, desto besser die Genauigkeit in Dosiersystemen. Kleine ID erzeugt höhere lineare Geschwindigkeiten und kleinere „Mischzonen“, sodass Probenkomponenten konzentriert bleiben.

Einer der wichtigsten Aspekte der Schlauch-ID ist ihre Oberflächenqualität. Die American Society of Metals definiert Oberflächenqualität als „Zustand der Oberfläche als Ergebnis einer Endbehandlung und gemessene Profilmerkmale, wobei Rauheit der bevorzugte Begriff ist.“

Allgemein gilt: Je rauer die ID-Oberfläche, desto mehr Carryover und – unserer Meinung nach – desto schwieriger die Erreichung von 4 ppb. Eine raue ID hat winzige „Nischen“, wo Flüssigkeitsrückstände dem Waschprozess entzogen sind.

Zusätzlich zum richtigen Endschnitt (flach, angewinkelt, abgerundet) kann eine möglichst glatte Schlauch-ID-Oberfläche Carryover weiter reduzieren.

Ein Ra- oder RMS-Wert von 6–8 gilt als gute Glätte. (Ra = arithmetisches Mittel der Rauheit in µm. RMS = Rq = quadratischer Mittelwert entsprechend Ra.)

Zudem bestimmt die Schlauch-ID, wie glatt Proben in Dosiersystemen fließen. Oberflächenunvollkommenheiten verursachen Verwirbelungen, Turbulenzen oder Puffern der Flüssigkeit beim Austritt – problematisch, wo glattes Dosieren kritisch ist.

Wie beeinflusst Schlauch-OD Flüssigkeitsdosiersysteme?

Eine glatte OD-Oberfläche ist wichtig, wenn ein Testprozess Aspiration erfordert – der gesamte Schlauch taucht in die Flüssigkeit, um Vakuum zu erzeugen. Bei der Dosierung ist OD-Oberfläche weit weniger relevant.

Beim Mikropipettieren (Aspiration und Dosierung, meist eine Flüssigkeit) ist Carryover im Schlauch weniger problematisch, solange:

• Die Pipette digital kalibriert ist, um exakte Menge wiederholt zu dosieren
• Die Toleranz des Dosiergeräts (z. B. ±2–3 % oder ±5 %) – und damit die im Schlauch verbleibende Flüssigkeitsmenge – berücksichtigt wird

Wie kann ID-Oberflächenqualität verbessert werden?

Da jede Variation der Innenwand eines Dosierkanals den Prozess beeinflussen kann, ist ein sauberer, gratfreier ID kritisch.

Wenn Sie einen bestimmten Schlauchtyp in spezifizierter Länge gewählt und mit Maschine und Pumpe getestet haben, dass er korrektes Probenvolumen dosiert, wollen Sie die Testgenauigkeit nicht gefährden, indem Sie die gewünschte ID-Oberflächenqualität nicht spezifizieren.

Glücklicherweise hat Technologie Fortschritte gemacht: Es gibt nun mehrere Methoden zur Verbesserung der ID-Oberflächenqualität bei sehr kleinen Präzisionsschläuchen für Dosiersysteme:

• Mikropolieren und/oder Passivierung
• Bore Enhancement via „Bright Draw“-Prozess
• Beschichtungen wie Silikon, PTFE, PSX
• Abrasive Flow Machining / Extrude Honing

Wie beim Endschnitt müssen mögliche Probleme einer Beschichtung gegen Gesamtziele und den realistisch besten Prozess abgewogen werden.

Beispiel: Beschichtung kann Carryover-Probleme lösen. Beim Schneiden auf System- und Anwendungsanforderungen können jedoch Beschichtungsteile freigelegt werden, was die Wirksamkeit mindert.

(Hier war Metal Cutting erfolgreich beim Schneiden beschichteter Schläuche ohne Beeinträchtigung der Beschichtung, validiert in Tests für spezifische Anwendungen.)

Achten Sie genau auf Ihre Schlauchspezifikationen!

Angesichts der vielen Faktoren, die die Genauigkeit von Flüssigkeitsdosiersystemen beeinflussen, kann die Spezifikation der Schlaucheigenschaften überwältigend wirken.

Glücklicherweise kann der richtige Metallschlauchanbieter mit Engineering-Team bei Schneidverfahren, ID-Oberflächenbearbeitung und anderen Features helfen, die Ihre Bedürfnisse erfüllen und kosteneffizient sind.

In Teil 3 lesen Sie, wie Hochdruck die Präzisionsschläuche in Dosiersystemen beeinflusst. Oder erkunden Sie Präzisionsschneidoptionen mit unserem kostenlosen Leitfaden „Choose with Confidence: Comparing 2-Axis Cutting Methods“.