Un giro veloce con il taxi delle prove

DL'analisi dei nostri campioni di sangue o di urina è sempre più effettuata da laboratori altamente specializzati che eseguono molte migliaia di analisi al giorno. Oggi, anche loro possono beneficiare di una tecnologia di automazione all'avanguardia. Come in molti altri compiti di automazione, anche qui i potenti microdrive giocano un ruolo chiave. Colpiscono soprattutto per la loro buona efficienza, l'alta coppia in un piccolo design, l'affidabilità e il basso consumo energetico.

Ancora molto lavoro manuale

Molti laboratori che eseguono analisi di campioni medici lavorano ancora con sistemi di distribuzione manuali. Ciò significa che i campioni in arrivo vengono prima registrati in termini di dati, poi collocati in rack in lotti, trasportati dai dipendenti alle varie stazioni di analisi e, se necessario, anche ri-selezionati nel mezzo per ulteriori analisi. Con migliaia o addirittura decine di migliaia di campioni di materiale al giorno, questa non è solo un'attività faticosa e monotona, ma anche soggetta a errori. La risoluzione dei problemi richiede quindi uno sforzo supplementare. Costa più tempo se i campioni individuali devono subire un trattamento speciale, ad esempio perché devono passare attraverso diverse stazioni per la diagnostica passo dopo passo. Lo stesso vale per la diluizione dei campioni per certe analisi o per la divisione dei campioni per diverse analisi, la cosiddetta aliquota. Le interruzioni del flusso di lavoro ordinato sono inevitabili in questo caso. La situazione è ulteriormente aggravata dal fatto che oggi la tendenza è che i pazienti forniscano un solo campione di materiale per tutte le analisi necessarie. Non c'è alcun sollievo della situazione in vista; al contrario, il problema diventerà ancora più acuto in futuro, soprattutto a causa della centralizzazione dei servizi di laboratorio.

Cosa deve fare un sistema automatico di distribuzione dei campioni?

Pertanto, non c'è modo di evitare l'uso di una tecnologia di automazione pratica che libera i dipendenti da compiti monotoni ed elimina le fonti di errore nelle moderne operazioni di laboratorio. Idealmente, un sistema di trasporto automatico dei campioni trasporta i campioni direttamente al sistema di analisi corrispondente ed esegue anche altri compiti: Sulla base dell'identificazione del campione dopo la consegna, il percorso attraverso il laboratorio può essere pianificato e ottimizzato, dove molti parametri possono essere presi in considerazione, ad esempio il tipo di contenitore, la preparazione, il livello di riempimento e naturalmente la sequenza delle singole fasi di analisi. Per la durata dell'analisi e della valutazione, tutti i campioni in corso di trattamento devono rimanere accessibili, cioè diverse centinaia di campioni sono idealmente in transito nel sistema di distribuzione allo stesso tempo. Le analisi possono quindi essere ripetute rapidamente o eseguite in aggiunta e possono essere eseguite tutte le valutazioni che possono essere richieste in seguito. Una volta completata l'analisi, i campioni dovrebbero essere scaricati automaticamente, smaltiti dopo essere stati conservati per alcuni giorni o, se necessario, trasferiti in contenitori adeguati per l'archiviazione a lungo termine.

Alta flessibilitàLe esigenze di un sistema automatico di distribuzione dei campioni sono quindi elevate, non solo in termini di capacità e affidabilità, ma anche in termini di flessibilità, e questo sotto due aspetti: il sistema di distribuzione deve essere in grado di far fronte a mutevoli compiti di lavoro e cambiamenti di processo, ma allo stesso tempo deve anche essere facile da espandere, in modo che, ad esempio, nuovi o diversi strumenti analitici possano essere integrati successivamente e senza grande sforzo. Con lo sviluppo del sistema di distribuzione dei campioni completamente automatico lab.sms® , GLP Systems (vedi Box 1) ha dimostrato che questi requisiti possono essere soddisfatti oggi. Trasporta ogni campione (specimen) separatamente, poiché questo è l'unico modo per garantire un'organizzazione flessibile, individuale e ottimizzabile dei singoli campioni. Si differenzia quindi fondamentalmente dai sistemi che trasportano rack di cinque o dieci esemplari.

Alta flessibilità nel trasporto e nella distribuzione

Nel sistema di distribuzione dei campioni degli specialisti di Amburgo, l'identificazione del campione è legata all'identificazione del trasportatore mobile del campione dopo la consegna nel punto di assegnazione. Il sistema di distribuzione conosce quindi il campione e "sa" su quale carrello si trova attualmente e quali analisi sono richieste. Anche i cambiamenti successivi alla sequenza non sono problematici perché l'accesso casuale è possibile. A questo scopo, la posizione dei campioni e la loro assegnazione al carrello sono controllati ripetutamente nei punti di identificazione durante il trasporto. I carrelli con i campioni di sangue viaggiano poi in modo completamente automatico su binari di plastica verso le rispettive stazioni di analisi (Fig. 1). Gli interruttori che passano lungo il percorso sono impostati di conseguenza dal sistema di controllo di livello superiore (Fig. 2).

Ogni deviatore gestisce una media di 4.500 processi di smistamento all'ora: 4.500 campioni all'ora possono quindi essere rilevati e indirizzati individualmente in una delle due direzioni. Dato che tutti i deviatori sono in grado di lavorare simultaneamente, questo si traduce, per esempio, in un sistema con 50 deviatori divergenti, in una capacità di smistamento di 225.000 processi di smistamento all'ora o più di 60 al secondo; una prestazione che è decisamente necessaria, dato che molti campioni sono nel ciclo di attesa prima e dopo l'analisi e quindi i deviatori passano spesso. L'alta performance di smistamento degli interruttori fornisce quindi un importante prerequisito per la flessibilità organizzativa nelle operazioni di laboratorio. Altrettanto importanti per il buon funzionamento sono i "carrelli" con cui i campioni viaggiano attraverso il laboratorio. La velocità e l'affidabilità hanno qui la massima priorità.

Unità compatte per un trasporto veloce e affidabile

I carrelli compatti, cioè i "taxi campione", sono in realtà abbastanza semplici nel design. L'azionamento, la batteria, l'elettronica e l'interruttore di prossimità sono integrati in modo che i taxi possano accelerare, frenare o fermarsi con precisione millimetrica, ad esempio davanti alle stazioni di analisi. Per gli azionamenti, la scelta è caduta sui motori DC senza spazzole, i cosiddetti motori a rotore piatto. I motori della vasta gamma Faulhaber (cfr. box testo 2) sono progettati per un'alta affidabilità e una lunga durata, per cui possono percorrere facilmente molti, molti chilometri nei sistemi di distribuzione automatica senza alcun timore di usura. Inoltre, sono anche convincenti in questa applicazione, a causa delle loro caratteristiche di funzionamento silenzioso e senza cogging, che è particolarmente importante perché i campioni di sangue aperti devono essere solitamente trasportati. Inoltre, le unità funzionano in modo silenzioso. Il magnete in terre rare del rotore e l'avvolgimento elicoidale Faulhaber assicurano anche alte prestazioni e dinamiche con un piccolo volume di costruzione (Fig. 3).

Gli azionamenti, che erogano circa 0,3 W e una coppia fino a 6 mNm con un diametro di circa 15 mm e una lunghezza di 15 mm, guidano la ruota del "taxi campione" nel punto di funzionamento ideale tramite un ingranaggio cilindrico conforme al diametro (rapporto di riduzione 1:10). Grazie alle loro dimensioni compatte, erano facili da integrare e i loro bassi requisiti di potenza si adattavano anche all'applicazione; gli intervalli di ricarica della batteria sono corrispondentemente lunghi. Per garantire che i vagoni siano sempre pronti all'uso, l'elettronica integrata in essi controlla costantemente lo stato di carica in modo che la ricarica venga effettuata in tempo utile prima che il veicolo si fermi. Ma l'elettronica ha anche altri compiti. Per esempio, il numero di identificazione del "taxi" è memorizzato qui e valuta i segnali dell'interruttore di prossimità. L'elettronica del motore può quindi regolare la velocità dei motori DC senza spazzole di conseguenza, ad esempio ridurre o fermare la velocità.

Interessante anche per altre applicazioni

La soluzione si è già dimostrata nell'uso pratico in un grande laboratorio medico di Amburgo. Qui, 3000 campioni ematologici sono processati quotidianamente con 19 analizzatori online. Seguiranno altre applicazioni. I moderni azionamenti in miniatura hanno quindi dimostrato ancora una volta la loro versatilità. Tuttavia, il principio del "taxi campione" potrebbe certamente essere trasferito ad altre aree di applicazione. Simili sistemi di distribuzione automatizzati sono concepibili, per esempio, quando piccole parti passano separatamente attraverso diverse stazioni di produzione o di test.