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antriebstechnik 11/2015

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DREHGEBER Präzision auf

DREHGEBER Präzision auf engstem Raum Sensorköpfe und Messbänder ermöglichen exakte Bestimmung von Pipettierkopf-Positionen Carolin Ordosch Automatisierte Liquid-Handling-Systeme sind in Laboratorien unverzichtbar geworden. Sie können Tests und Analysen mit Tausenden von Substanzen schneller, präziser und reproduzierbarer durchführen. Um die Zeitersparnis und die Zuverlässigkeit zu erhöhen, wurde ein System mit magnetischer Messtechnik ausgestattet. Die Sensorköpfe und Messbänder wurden so angepasst, dass sie die Position der Pipettierköpfe entlang der drei Raumdimensionen exakt ermitteln und in das vorgegebene Raumkonzept der Anlage passen. Carolin Ordosch ist freie Redakteurin M ithilfe von Laborautomation lassen sich Zeitaufwand und Fehleranfälligkeit von Analysen deutlich verringern. Dies sind zwei wichtige Aspekte vor dem Hintergrund des Kostendrucks seitens der Auftraggeber von Laboranalysen. In der vollautomatisierten Aufarbeitung von flüssigen Proben spricht dies z. B. für den Einsatz von Liquid-Handling-Systemen. Ein Anbieter von Laborautomationslösungen für Anwendungen in der Biotechnologie, der pharmazeutischen und der chemischen Industrie ist die Hamilton Company. Im Bereich des Liquid-Handlings bietet das Unternehmen aus Bonaduz in der Schweiz ein System zum schnellen Testen und reproduzierbaren Screening von verschiedenen Substanzen. Die Pipettier-Roboter-Anlage Hamilton Vantage Liquid Handling System ist in der Lage, Proben mit einem Volumen von 500 nl bis zu 1 mm präzise mit Einzelkanälen, 96 oder 384 Mehrfachpipettierköpfen von einer Mikrotiterplatte aufzunehmen und an eine andere wieder abzugeben. Da die dabei übertragenen einzelnen Volumina sehr gering und die Anzahl der gleichzeitig transportierten Proben hoch sein können, werden an den Transfer der Proben hohe Ansprüche hinsichtlich der Genauigkeit gesetzt. Eine präzise Probenentnahme und -abgabe gewährleistet die Wiederholgenauigkeit zwischen einzelnen Pipettierschritten und nimmt schließlich Einfluss auf den Erfolg der gesamten Arbeitsaufgabe. Um die Position der Pipettierköpfe entlang der drei Raumdimensionen exakt zu ermitteln, hat Hamilton in dem neuen Pipettierroboter die magnetische Messtechnik der Siko GmbH eingesetzt. Das Unternehmen aus Buchenbach im Schwarzwald fertigt ein breites Spektrum an Längen-, Winkel- und Drehzahlmesstechniken, das die Erfordernisse in der Analysetechnik exakt erfüllt. Für 78 antriebstechnik 11/2015

01 Das Liquid-Handling-System verfügt über Einzelkanäle sowie 96 oder 384 Mehrfachpipettierköpfe den Einsatz im Liquid-Handling-System hat Siko die verwendeten Magnetbänder und die Sensorplatine individuell an die Erfordernisse angepasst. Pipettier-Roboter individuell konfigurierbar Das Liquid Handling System eignet sich für Laboranwendungen aller Art wie DNA-Analysen, PCR-Vorbereitung und -Reinigung, molekularbiologische Probenvorbereitungen und Blutanalysen. Zu den Kunden gehören Pharmaunternehmen wie auch die akademische Forschung und Diagnostik. „Das neue Liquid-Handling-System bieten wir als Baukastensystem an, das individuell konfiguriert werden kann“, beschreibt Projektleiter Elektronik der Hamilton Bonaduz AG, Martin Rupp. Die Anlage ist als 2 m oder 1,3 m Pipettierroboter erhältlich, welche um weitere Labware-Transportsysteme, Logistikkabinen, Inkubatoren, Probenbehälter und andere für die Analysen notwendige Einheiten erweitert werden kann. Die vertikale Anordnung der einzelnen Module ermöglicht diese flexible Konfiguration, sodass auch Geräte anderer Hersteller einfach integriert werden können. Für die leichte Implementierung der Drittgeräte sorgen einerseits ein Transpor roboter, der Probengefäße innerhalb des Systems bewegen oder diese an die Dritt geräte übergeben kann, und andererseits der der Anlage zugrundeliegende Software-Standard Sila. Die Steuerung der Assays übernimmt die Hamilton-Software Instinct V. Mit ihr können mehrere Nutzer gleichzeitig an der Anlage arbeiten und verschiedene Experimente mit denselben Geräten ausführen. Die Konfiguration der Instrumente und Layouts der Experimente kann einfach per Drag-and- Drop erzeugt und modifiziert werden. Eine 3D-Simulation des Probentransfers sorgt für eine kurze Einrichtzeit. Eine Pipettierspitze von 10 μl fasst z. B. ein Volumen von 1 μl mit einer Genauigkeit von 5 %. Diese Volumina können in einem 2.25 mm Raster (1 536 Well Platte) über alle Kanäle hinweg exakt positioniert werden. Für diese Aufgabe ist die Messtechnik des Schwarzwälder Unternehmens in zwei Varianten eingesetzt. Mit zwei Magnetbändern wird die Überwachung der Motorsteuerung am Pipettierroboter nach unten und seitlich sichergestellt. Eine Lösung aus Magnetband und Platine sorgt für eine präzise Umsetzung der Bewegung auf der Längsachse. Individuell angepasste Magnetband-Lösung Die Pipettieranlage ist mit Linearmotoren zur Positionierung der einzelnen Achsen ausgestattet. Es gibt drei Achsen, auf denen sich der Pipettierroboter in allen drei Raumdimensionen bewegt: die x-Achse in die Längsrichtung, in der der Pipettierarm und damit die Kanäle fahren. Die Vorwärts- und Rückwärts-Bewegung der Pipettier kanäle verläuft über die y-Achse, und die Veränderung der Höhe wird über die z-Achse erreicht. Motoren steuern diese drei Achsen, wobei die magnetischen Sensoren ein Positionsfeedback an die Steuereinheit zurückgeben und so den Motor überwachen. Bei der Sensorik auf der y-Achse werden von Siko die Magnetbänder eingesetzt, da Hamilton die Sensoren hierfür selbst entwickelt hat. Diese Magnetband-Lösung sitzt auf dem Pipettierarm. Der integrierte Linearmotor benötigt eine Positionsinformation für die auszuführende Bewegung. Das Magnetbandsystem übernimmt einerseits die Funktion, die Position des Pipettierarms zu ermitteln, und sorgt andererseits auch dafür, dass die Pipettierkanäle exakt in dieser Achse positioniert werden. Die Kanäle müssen schmal sein, damit sie in den engen Platzverhältnissen im Pipettierarm kollisionsfrei arbeiten können. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, hat das Schweizer Unternehmen die Kanäle an beiden Seiten des Pipettierarms angeordnet. Aus diesem Grund wurden auch zwei Magnetbänder benötigt, die jeweils rechts und links vom Pipettierarm angebracht sind. Zudem durften die Pipettierkanäle für diese Anordnung max. 18 mm breit sein. „Es gibt auf dem Markt kein magnetisches Messsystem, das auf einer Breite von 18 mm arbeitet und eine Länge von rund 700 mm absolut kodieren könnte“, so Martin Rupp. Die ursprüngliche Magnetband-Lösung war zwar technisch funktional, jedoch war die Liefertreue unzureichend. www.elgo.de Präzision für dynamische Anwendungen Magnetische Weg- und Winkelmesssysteme: EMAX-HI | EMAX-RO

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