Como Tubulação de Precisão Melhora a Precisão na Dispensação Automatizada de Líquidos: Parte 2

Como Características da Tubulação Afetam o Processo e Sua Precisão

Dentro dos campos de biotecnologia e automação de laboratório, o mercado global de diagnóstico in vitro (DIV) deve atingir US$ 96 bilhões até 2025, segundo a empresa de pesquisa MarketsandMarkets™. Faz sentido que o uso de sistemas de dispensação de líquidos automatizados cresça junto com a demanda por DIV.

Muitas variáveis impactam o desempenho desses sistemas de dispensação de fluidos, incluindo:

• O tipo de líquido sendo amostrado
• Qualquer reagente químico usado
• O tipo de dispositivo de bombeamento
• A quantidade de força que a bomba exerce

Além disso, a tubulação usada nesses sistemas pode afetar significativamente o processo de dispensação de fluidos e a precisão dos testes em DIV e outras aplicações. Vamos examinar mais de perto algumas considerações importantes para a tubulação de precisão usada em sistemas de dispensação de líquidos.

Como reduzir carryover em sistemas de dispensação de fluidos?

A Parte 1 desta série sobre sistemas de dispensação de líquidos discutiu o problema potencial de carryover. Pode ocorrer quando líquido de uma amostra anterior não é completamente lavado, causando possíveis problemas de contaminação em amostras subsequentes.

Entre outras coisas, o carryover pode ser causado por:

• Um líquido subindo por capilaridade (wicking) pela parte externa de um tubo de dispensação
• A formação de uma "última gota" persistente na parte inferior do tubo

Em qualquer procedimento de laboratório, manter um ambiente limpo é crucial. Naturalmente, a limpeza da tubulação é parte do processo de uso de sistemas de dispensação de líquidos — ajudando a reduzir a quantidade de carryover para os comumente aceitos 4 ppb (ou melhor).

Reduzir carryover de uma amostra para outra não apenas combate contaminação, mas também ajuda a fazer duas coisas:

1. Reduz o custo total dos testes através de uso mais eficiente de reagentes, que são muito caros
2. Melhora a precisão dos resultados dos testes dispensando quantidades mais precisas de líquido

A limpeza sozinha é suficiente para prevenir carryover?

A eficácia geral do processo de lavagem — ou seja, se todo resíduo da amostra anterior pode ser removido dos sistemas de dispensação de líquidos — variará de uma aplicação para outra, pois a limpeza é função de muitos fatores.

Esses fatores incluem (mas certamente não se limitam a):

• O tempo permitido para limpeza
• A solução de limpeza usada (já que diferentes metais podem exigir soluções diferentes)
• A quantidade de solução de limpeza usada
• Se há tempo para imersão em alvejante
• Quantas vezes uma solução de limpeza e/ou água pode ser flushada pelo sistema
• O volume de água usado (aproximadamente 100 vezes o volume da amostra é um padrão comum)
• A pressão aplicada durante a limpeza e enxágue do sistema

No entanto, atingir carryover mínimo pode ser mais desafiador em grandes ambientes de laboratório onde um alto volume de testes deve ser realizado para ser rentável.

Além disso, como sistemas de dispensação de líquidos frequentemente usam tubulação com diâmetros internos (DIs) tão pequenos quanto 50 ou 100 mícrons, as características da própria tubulação de precisão impactam tanto o carryover quanto o processo de limpeza.

Como o corte final do tubo afeta o carryover em sistemas de dispensação de líquidos?

Como mencionado no blog anterior, a forma como a extremidade da tubulação é formada pode ajudar a reduzir o risco de carryover em sistemas de dispensação de líquidos. Por exemplo, arredondar a extremidade de dispensação do tubo reduzirá a capacidade de formação de uma última gota; no entanto, também pode permitir wicking, dependendo do líquido dispensado.

Ou, em vez de um corte reto a 90º na extremidade do tubo, ter uma extremidade mais angular, pontiaguda com paredes afiadas proporcionaria menos área de superfície onde uma última gota pode se formar. No entanto, novamente dependendo do líquido dispensado, essa extremidade "pontiaguda" pode mudar como o líquido sai do tubo, o que por sua vez pode impactar a precisão do teste.

No entanto, com tubulação de precisão que tem diâmetro quase tão pequeno quanto um fio de cabelo, pode ser difícil obter um corte final limpo. Além disso, cuidado especial deve ser tomado para não colapsar o tubo durante o processo de corte.

Mas assumindo que o corte adequado pode ser alcançado (uma tarefa que é especialidade da Metal Cutting Corporation), quaisquer possíveis problemas associados à extremidade do tubo podem ser abordados por:

• Testar a tubulação com o líquido específico que será dispensado
• Identificar o processo que atinge a maioria — mas realisticamente, talvez não todos — dos resultados desejados

Como o DI da tubulação afeta sistemas de dispensação de fluidos?

A regra geral é que quanto menor o DI da tubulação, melhor a precisão em sistemas de dispensação de fluidos. Isso porque um DI pequeno produz velocidades lineares mais rápidas e "zonas de mistura" menores, permitindo que os componentes da amostra permaneçam o mais concentrados possível.

Um dos aspectos mais importantes do DI da tubulação nesses sistemas de dispensação é seu acabamento superficial. A Sociedade Americana de Metais define acabamento superficial como a "condição da superfície como resultado de um tratamento final e características de perfil de superfície medidas, com o termo preferido sendo rugosidade".

Geralmente aceita-se que quanto mais rugoso o DI da superfície, mais carryover pode haver e, acreditamos, mais difícil se torna atingir 4 ppb. Isso ocorre porque uma superfície de DI mais rugosa tem minúsculos "recantos" onde resíduo líquido pode ser protegido dos efeitos do processo de lavagem.

Portanto, além de ter o corte final adequado na tubulação (ex: reto, angular ou arredondado), ter uma superfície de DI da tubulação o mais lisa possível pode ajudar a reduzir ainda mais as chances de carryover de uma amostra para outra.

Um valor Ra ou RMS de 6-8 é considerado um bom nível de lisura. (A média aritmética, ou Ra, é a rugosidade média expressa em unidades de altura, tipicamente mícrons. O RMS, também conhecido como Rq, é o valor quadrático médio correspondente ao Ra.)

Além disso, o DI da tubulação determinará quão suavemente as amostras fluem em sistemas de dispensação de líquidos. Imperfeições no acabamento superficial podem resultar em redemoinhos, turbilhões ou agitação do líquido ao sair do tubo, o que pode criar problemas em aplicações onde é crítico que o líquido seja dispensado suavemente.

Como o DE da tubulação afeta sistemas de dispensação de líquidos?

Um acabamento superficial liso no diâmetro externo (DE) da tubulação também é importante se um processo de teste requer aspiração, na qual todo o tubo entra no líquido para aspirar vácuo. No entanto, o acabamento do DE é muito menos um fator no processo de dispensação.

No processo de micro-pipetagem, que envolve tanto aspiração quanto dispensação, mas geralmente apenas um líquido, o carryover na tubulação é menos problemático desde que:

• A pipeta seja digitalmente calibrada para dispensar uma quantidade exata de líquido repetidamente
• A tolerância do instrumento de dispensação (ex: ±2-3% ou ±5%) — e, portanto, a quantidade de líquido que pode permanecer na tubulação — seja levada em conta

Como o acabamento superficial do DI da tubulação pode ser melhorado?

Como qualquer variação na parede interna de um canal de dispensação pode impactar o processo usado em sistemas de dispensação de líquidos, ter um DI limpo, sem rebarbas é criticamente importante.

Se você se deu ao trabalho de escolher um tipo particular de tubulação em um comprimento especificado e testou com a máquina e bomba escolhidas para determinar que dispensa o volume correto de material de amostra, certamente não quer comprometer a precisão do teste por não também especificar o acabamento superficial desejado para o DI da tubulação.

Felizmente, a tecnologia avançou de forma que agora existem vários métodos que podem ser usados para melhorar o acabamento superficial no DI de tubulação de precisão muito pequena usada em sistemas de dispensação de líquidos. Algumas opções incluem:

• Micropolimento e/ou passivação
• Melhoria do furo via processo de "bright draw"
• Revestimentos como silicone, PTFE ou PSX
• Usinagem por fluxo abrasivo ou extrude honing

Assim como com o corte final na tubulação, quaisquer possíveis problemas associados a um método de acabamento devem ser pesados contra os objetivos gerais e o processo que, realisticamente, produzirá os melhores resultados.

Por exemplo, revestir a tubulação usada em sistemas de dispensação de líquidos pode ajudar a resolver problemas de carryover. No entanto, quando a tubulação é cortada para atender aos requisitos de um sistema e aplicação específicos, partes do revestimento podem ficar expostas, diminuindo sua eficácia.

(Aqui a Metal Cutting tem tido sucesso no corte de tubulação revestida sem afetar adversamente o revestimento, com resultados validados em testes para aplicações específicas.)

Preste muita atenção às suas especificações de tubulação!

Com a ampla gama de fatores que podem impactar a precisão de sistemas de dispensação de líquidos, especificar as características da tubulação usada nesses sistemas pode parecer uma tarefa assustadora.

Felizmente, o fornecedor certo de tubulação metálica e sua equipe de engenharia podem ajudá-lo a decidir sobre um método de corte, acabamento superficial do DI e outras características que atenderão às suas necessidades e serão econômicas para sua aplicação específica.

Na parte 3 desta série, você pode ler como a alta pressão afeta a tubulação de precisão usada em sistemas de dispensação de líquidos. Ou para explorar diferentes opções de corte de precisão para sua tubulação metálica ou outras necessidades de peças metálicas, baixe nosso guia gratuito, Choose with Confidence: Comparing 2-Axis Cutting Methods.