Als er op locatie in een artsenpraktijk of ambulante kliniek op korte termijn moet worden bepaald wat de oorzaak is van de symptomen waar een patiënt last van heeft, is een PCR-test (Polymerase Chain Reaction) de eerste keus om snel specifieke diagnoses van infectieziekten als covid-19 of influenza te stellen. Voor patiënten betekent dit ook zekerheid: hebben ze een simpele verkoudheid, of hebben ze het coronavirus? Dit is van essentieel belang: patiënten met het coronavirus moeten in quarantaine, en snelle actie kan verdere verspreiding van het virus voorkomen. De PCR-methode wordt in de moleculaire biologie veel gebruik. In korte tijd kunnen hiermee miljoenen of zelfs miljarden kopieën van een RNA- of DNA-monster worden geproduceerd met behulp van warmtecycli.
Analyse op locatie of in een grootschalig laboratorium?
Niet alleen bij coronatests zijn snelle resultaten nodig. Voordat artsen een behandeling kunnen inleiden, moeten ze vaak bepaalde labwaarden weten om de juiste maatregelen te bepalen. Dat geldt op de intensive care, maar ook bij ambulante behandelingen of in artsenpraktijken. Hier bewijzen de zogeheten point-of-care-analyses hun waarde: ze zijn verplaatsbaar, licht en flexibel, en vooral: razendsnel. Resultaten kunnen al binnen 15 minuten beschikbaar zijn. De naam geeft al aan waar deze systemen het meeste tot hun recht komen: in de buurt van de patiënt, direct op de behandellocatie (Engels: point of care).
In vergelijking met een centrale oplossing voor laboratoriumautomatisering met analysefuncties vooraf en achteraf is een analyseapparaat op locatie kosteneffectiever, eenvoudiger en beduidend sneller, en het levert relatief betrouwbare resultaten. Er is ook weinig training nodig voor het personeel dat met de machine moet werken. Omdat analyseapparatuur op locatie slechts één monster tegelijk kan analyseren, is de algehele capaciteit echter veel beperkter dan die van een laboratorium dat op grotere schaal werkt.
Als het erom gaat grote hoeveelheden gestandaardiseerde tests te analyseren, zoals bij massale coronatests, zijn grootschalige, geautomatiseerde laboratoria onmisbaar.
Analyse op locatie
Voor een chirurgische ingreep of een behandeling met medicijnen wordt een PoC-analyseapparaat gebruikt om belangrijke parameters zoals bloedwaarden, stolling, bloedgaswaarden en elektrolyten te bepalen of om patiënten te controleren op infectieziekten zoals griep. Voor de analyses worden verschillende technieken gebruikt, inclusief fluorescentiedetectie, Polymerase Chain Reaction (PCR), en microfluïdica. Ook in de strijd tegen de coronapandemie spelen ze een belangrijke rol. De meest betrouwbare test om een besmetting met het coronavirus te bevestigen is de zogeheten PCR-test.
Analyseapparaten voor gebruik op de behandellocatie zijn bijna volledig geautomatiseerd en vereisen door het gebruik van teststrips of -kits slechts zeer weinig handelingen van de gebruiker. Afhankelijk van de functie van het analyseproces worden er miniatuuraandrijvingen gebruikt om monsters te plaatsen, voor het vermengen met reagens, of om reageerbuisjes te draaien of schudden. Dit soort analysesystemen moet compact en goed te transporteren zijn, en ze mogen maar weinig ruimte innemen op de inzetlocatie. Als het systeem op batterijen werkt, moet de aandrijving bovendien bijzonder energiezuinig werken om een lange gebruiksduur mogelijk te maken.
Aandrijvingen voor deze toepassingen moeten daarom zo compact en snel mogelijk zijn. FAULHABER DC-micromotoren met grafiet- of edelmetaalcommutatie of stappenmotoren zijn een goede keuze: deze motoren zijn klein van formaat, bijzonder efficiënt en ze leveren een uitstekende verhouding tussen gewicht en vermogen. Daarnaast voldoen ze aan de vereisten voor hoge betrouwbaarheid, lange werkingsduur, uitgebreide productlevensduur en een onderhoudsarme werking.
Analyse in een laboratorium op grote schaal
De voordelen van automatisering liggen voor de hand: zo kunnen laboratoria betrouwbare resultaten leveren voor veel meer tests dan een lokaal systeem, met een lage foutgevoeligheid en minimale personeelskosten. Voor zogeheten in-vitrodiagnostiek (IVD), dat wil zeggen de analyse van medische samples als bloed, urine en weefsel, zijn geautomatiseerde oplossingen daarom al vele jaren onmisbaar. Maar ook in de chemie en in de voedingstechnologie worden steeds meer geautomatiseerde laboratoriumprocessen toegepast. Hierbij kan het gaan om individuele processen in apparatuur die op zichzelf staat, maar ook om complexe systemen met een volledig geautomatiseerde analyse van vele monsters.
In dat geval begint de automatisering direct op het moment dat de monsters worden voorbereid in kleurgecodeerde buisjes. Met een scanner herkent het proces welke analyse er nodig is voor ieder monster. Afhankelijk van de vereisten kan het monster met een centrifugebewerking worden opgesplitst in zijn verschillende componenten. Lopende banden of zogeheten monstertaxi's in kleine wagentjes met wielaandrijving transporteren de buisjes naar de afzonderlijke analysestations. De wagentjes kunnen één enkel monster transporteren of honderden in een systeem, en de vereiste analyses kunnen volledig automatisch in de juiste volgorde worden uitgevoerd, individueel aangepast voor ieder monster.
Diverse aandrijvingstaken
De aandrijvingen die zo'n lab in beweging houden, voeren verschillende taken uit. Een soepele werking is alleen mogelijk als alle individuele stappen worden uitgevoerd met een hoge mate aan dynamiek en nauwkeurigheid. Ieder monster moet bijvoorbeeld eerst duidelijk worden geïdentificeerd met een code. Het dopje moet van het buisje worden geschroefd, en bij ieder analyse mag slechts een deel van het monster worden uitgenomen. Met name voor tests voor het ontwikkelen van een vaccin tegen het coronavirus is het belangrijk dat het monster weer goed wordt afgesloten en gearchiveerd voor latere tests en voor de navolgbaarheid. Tijdens de voorbereiding van de monsters zijn vooral kleine servomotoren nodig, die als onderdeel van een mobiele component de monsters draaien of positioneren. Voor de lopende banden die de buisjes in rekken transporteren zijn grotere, krachtige aandrijvingen nodig.
In het procesgedeelte dat dan volgt moet het monster worden verplaatst naar een reactievat, zoals een petrischaal of een testplaatje. Dit vraagt meer van de aandrijftechniek, omdat er veel verschillende bewegingen nodig zijn voor het pipetteren, mengen, roeren en verplaatsen van vloeistoffen. Herhaalde start- en stopbewegingen vereisen een bijzonder dynamisch systeem, waarin extreem nauwkeurige positionering even belangrijk is als de snelheid van de processen voor het oppakken en plaatsen of het pipetteren. Omdat de aandrijving voor de op- en neergaande beweging van een grijperarm of pipetteerkop zich normaal gesproken in de mobiele component bevindt, moet deze aandrijving ook bijzonder licht en compact zijn.
DC-micromotoren uit de series 1524...SR en 2224...SR zijn hiervoor uitermate geschikt. Ze hebben geen ijzeren armatuur en zijn daarom veel lichter en kleiner dan andere aandrijvingen met vergelijkbare prestaties. Hun hoge dynamiek kan meestal volledig worden geoptimaliseerd in combinatie met een encoder uit de serie IEH2, omdat deze slechts twee millimeter toevoegt aan de totale lengte van de aandrijfeenheid.
