Processo e controle hoje

14/08/2023 Sistemas de controle de fluidos Burkert

A dosagem microfluídica precisa é essencial para pesquisas em ciências biológicas e genômica, bem como para a administração de cuidados médicos. Para OEMs que desenvolvem máquinas dosadoras microfluídicas, o controle preciso da válvula garante resultados precisos. No entanto, para especificar o sistema de válvula ideal, a consideração de critérios que vão desde a compatibilidade do material até a integração do coletor é vital para garantir uma precisão repetível.

Troy Stehr, gerente de contas da indústria para aplicações de laboratório e tecnologia médica na especialista em controle de fluidos Bürkert, discute os requisitos para um controle microfluídico preciso.

Os reagentes são essenciais para a investigação em ciências da vida, e o resultado da forma como reagem quimicamente com outras substâncias, medindo, detectando ou examinando um resultado, é vital para o desenvolvimento de tratamentos médicos. Essencial para este processo é o controle preciso e repetível da dosagem de reagentes, em volumes microfluídicos de até 1 µl e menos. Esses mesmos requisitos se aplicam à genômica, como a condução de uma técnica de reação em cadeia da polimerase (PCR) para amplificar segmentos selecionados de DNA. A dosagem microfluídica precisa e confiável também pode depender da vida útil de muitas aplicações médicas.

Hoje, as máquinas podem substituir o manuseio manual de pipetas por uma dosagem mais precisa e consistente. A automação não só economiza o tempo de pessoas qualificadas, mas a dosagem rápida de múltiplos canais também melhora a produtividade. Para alcançar esses resultados, há grande dependência do sistema de controle de válvula de uma máquina dosadora.

Ciclo aberto ou fechado?

Compreender a precisão de dosagem necessária normalmente é o ponto de partida na especificação do sistema de válvula. Os pacientes são tratados ou diagnosticados com base em resultados laboratoriais, portanto, o requisito de exatidão da avaliação pretendida determina a precisão da dosagem que a máquina deve fornecer. Otimizar o uso do volume também é importante para controlar custos, tanto no uso quanto no descarte de alguns reagentes e substâncias envolvidas muito caros.

Suficiente para muitas aplicações microfluídicas, a dosagem tempo-pressão fornece precisão de <1% com precisão volumétrica repetível entre 2-5%. Com esta técnica, o fluxo do meio é controlado pela abertura ou fechamento da válvula por um tempo definido para cada ciclo de comutação. Utilizando ar ou um gás inerte para pressurizar o reservatório de fluido, combinado com uma válvula doseadora, esta técnica permite a dosagem controlada até volumes de um dígito µl (microlitro).

As microválvulas da Bürkert para dosagem de pressão temporal são capazes de etapas de sinal de controle de ~10μs (microssegundos) para controle de válvula de alta precisão inferior a 1%. Se for necessária uma precisão ainda maior, a Bürkert também fornece controle de válvula de circuito fechado. Esses sistemas incorporam um sensor, fornecendo feedback sobre o status real da válvula que permite o ajuste constante das taxas de abertura/fechamento da válvula. Alternativamente, um sistema de circuito aberto, como a dosagem por tempo-pressão, opera puramente com base no comando de entrada da válvula, independentemente de alterações que possam impactar seu tempo de comutação e, como resultado, o volume real de dosagem.

Precisão de dosagem μl e nl

Os sistemas de circuito fechado geralmente operam com base no princípio de Coriolis, onde as vibrações de um tubo que transporta líquido são medidas com uma saída proporcional ao fluxo resultante. Com esta tecnologia, o controlador/medidor de fluxo de massa da Bürkert pode atingir precisão de dosagem em níveis abaixo de 1ml. No entanto, uma inovação deverá se tornar o primeiro dispositivo disponível no mercado com medição de μl (microlitro) e precisão de controle em circuito fechado, com um sensor de pressão diferencial integrado em um dispositivo junto com uma válvula. O novo sistema de dosagem da Bürkert mede e controla quedas para 50nl (nanolitros), com precisão próxima de 1% medida em milhões de ciclos concluídos em testes até agora.

Crucial para controlar ao longo do tempo é a compatibilidade entre o meio e o material, bloqueio de fluidos e vedações, especialmente quando vários reagentes e substâncias estão envolvidos. Dependendo das propriedades do meio, podem ser necessários diferentes materiais de vedação e sua seleção requer uma consideração cuidadosa. Os desafios de compatibilidade podem resultar em vedações inchadas, até a ruptura ao longo do tempo, e ao lidar com microfluídica, os problemas de controle resultantes são amplificados. Dentro do sistema Bürkert, o PEEK, usado para corpos de válvulas, e o material de vedação FFKM ou EPDM são os únicos materiais molhados.