Integrieren Sie die richtige Pumpe in Ihr Liquid-Handling-System

Jul 26, 2023

Brandoch Cook, PhD, ist ein freiberuflicher wissenschaftlicher Autor. Er ist erreichbar unter: [email protected].

Das automatisierte Liquid Handling ist für biomedizinische Arbeitsabläufe unverzichtbar. Weiterentwicklungstechnologien wie Next-Generation-Sequenzierung, Durchflusszytometrie und Oberflächenplasmonresonanz erfordern. Die Fähigkeit, große Volumenbereiche zu übertragen und Flüssigkeiten mit unterschiedlichen chemischen und physikalischen Eigenschaften einzuarbeiten und dabei Wiederholbarkeit, Präzision und Reproduzierbarkeit zu erreichen. Menschliche Hände können eine solche Präzision und Konsistenz nicht erreichen, weshalb der Liquid Handler für das moderne Labor unverzichtbar ist.

Spritzenpumpen sind jedoch am vielseitigsten und werden häufig als OEM-Komponenten in Liquid-Handling-Systemen verwendet.

Wenn der Käufer über den Kauf eines neuen Liquid Handlers nachdenkt, sieht er oft eine vollständig integrierte und nahtlose Maschine. Allerdings werden über den Fensterkasten und den Roboterarm hinaus auch die Komponenten, aus denen das Gehäuse besteht – Pumpen, Ventile, Armaturen, Schläuche – häufig von mehreren verschiedenen Herstellern geliefert und als Originalprodukt (OEM) zusammengebaut. Mögliche Inkompatibilitäten zwischen diesen Komponenten bedeuten, dass es an den Käufern liegt, ihre Bedürfnisse zu beurteilen und die richtigen Teile für ihre Anwendungen zu finden. Im Folgenden finden Sie eine kurze Einführung in die Auswahl des Arbeitspferdes des Flüssigkeitshandhabers: der Pumpe.

Da eine Flüssigkeit inkompressibel ist, nutzen viele Pumpen eine positive Verdrängung, um sie zu bewegen. Dadurch können die Durchflussraten unabhängig von Schwankungen des Systemdrucks, der Oberflächenspannung, der Flüssigkeitsviskosität und der äußeren Luftfeuchtigkeit konstant bleiben. Da die Handhabungsgeräte pro Tag tausende kleinvolumige Flüssigkeitsverteilungen durchführen können, verwenden viele Pumpen Mikroschrittmotoren, die bei jedem Schritt winzige Teildrehwinkel durchlaufen und so kontinuierlich hunderte Male pro voller Umdrehung nanoskalige Flüssigkeiten fördern.

Spritzen-, Kolben- und Peristaltikpumpen können alle diese Bedingungen erfüllen. Spritzenpumpen sind jedoch am vielseitigsten und werden häufig als OEM-Komponenten in Liquid-Handling-Systemen verwendet. Dies liegt an ihrer Fähigkeit, mehrere Flüssigkeits- oder Überdruck-Injektionsquellen in einem einzigen Arbeitsablauf zu handhaben und gleichzeitig reproduzierbare und konstante Durchflussraten aufrechtzuerhalten. Diese Parameter passen gut zu präzisen, kleinvolumigen Arbeitsabläufen für Mikrofluidik, Durchflusszytometrie und Chromatographie.

Eine Kolbenpumpe ist oft die bessere Option für Einzelflüssigkeits-Arbeitsabläufe, bei denen das Pumpenkonstruktionsmaterial optimal auf den Salzgehalt, den Säuregehalt und/oder die Ätzwirkung der Flüssigkeit abgestimmt werden kann. Diese Einschränkungen gelten möglicherweise am besten für Arbeitsabläufe, bei denen ebenfalls konstante Flussraten, aber weniger Schwankungen auftreten, wie z. B. Perfusionen, Mikrodialysen und bestimmte Hochdurchsatz-Screenings.

Über die Berücksichtigung der Pumpentechnologie hinaus sollten Käufer auch die Details der voraussichtlichen Arbeitsabläufe prüfen, um die besten Materialien für den Pumpenbau auszuwählen.

Eine peristaltische Pumpe funktioniert ähnlich wie die physiologische Verdauung. Diese Pumpen verwenden Rollen, um flexible Schläuche zyklisch zu komprimieren und bei der Freisetzung einen Flüssigkeitsfluss zu ermöglichen, ähnlich wie beim Schlucken beim Menschen. Die Flüssigkeit kommt nur mit der Innenseite des Schlauchs in Kontakt, wodurch Kompatibilitätsprobleme mit Ventilen, O-Ringen und anderen Anschlüssen entfallen. Allerdings schränkt die Anforderung an Elastomerschläuche, über Millionen von Zyklen hinweg biegsam zu bleiben, die Auswahl akzeptabler Schlauchmaterialien und chemisch kompatibler Flüssigkeiten ein. Unabhängig davon können Membran- oder Membranpumpen schnell Hunderte Milliliter Flüssigkeiten pro Minute über feste Spitzen abgeben, wodurch sie sich besser für Vorbereitungs- und Plattenwaschanwendungen vor oder nach experimentellen Arbeitsabläufen eignen.

Über die Berücksichtigung der Pumpentechnologie hinaus sollten Käufer auch die Details der voraussichtlichen Arbeitsabläufe prüfen, um die besten Materialien für den Pumpenbau auszuwählen. Dies erstreckt sich über die chemischen Eigenschaften von Flüssigkeiten hinaus auf ihre spezifischen Formulierungen, Molaritäten, die Lösungsmittel, in denen Chemikalien gelöst sind, und Betriebsbedingungen, einschließlich der Temperaturen und Drücke, unter denen sie abgegeben oder angesaugt werden. Alle diese Faktoren wirken sich auf die Funktion, Effizienz und Lebensdauer von Pumpen und ihren Zusatzventilen und Armaturen aus. Beispielsweise kann Keramik Reinigungsmittel bei erhöhten Temperaturen besser aufnehmen als Edelstahl, während das zusätzliche Molybdän in Edelstahl 316 im Vergleich zu Edelstahl 304 eine bessere Beständigkeit gegen hohen Salzgehalt verleiht. Ein guter Ausgangspunkt für Ihren Entdeckungsprozess ist ein Leitfaden zur chemischen Kompatibilität.

Hier sind einige zusätzliche Überlegungen, die bei der Auswahl der Pumpendetails für einen Flüssigkeitshandhaber zu berücksichtigen sind:

Für die meisten Labore ist ein Liquid Handler eine bedeutende, wenn auch zunehmend notwendige Anschaffung. Darüber hinaus kann die Möglichkeit, verschiedene OEM-Komponenten zu kombinieren, verwirrend sein. Da die Pumpe über Millionen von Zyklen laufen muss, sollten Käufer sorgfältig abwägen, wie sich ihre chemischen, betrieblichen und Materialkompatibilitäten auf aktuelle und geplante Anwendungen und Arbeitsabläufe auswirken.