Cómo los Tubos de Precisión Mejoran la Precisión en la Dispensación Automatizada de Líquidos: Parte 2

Cómo las Características del Tubo Afectan el Proceso y su Precisión

Dentro de los campos de biotecnología y automatización de laboratorios, se espera que el mercado global de diagnóstico in vitro (IVD) alcance los 96 mil millones de dólares para 2025 según la firma de investigación MarketsandMarket™. Tiene sentido que el uso de sistemas de dispensación de líquidos automatizados crezca junto con la demanda de IVD.

Muchas variables impactan el rendimiento de estos sistemas de dispensación de fluidos, incluyendo:

• El tipo de líquido muestreado
• Cualquier químico reactivo que se use
• El tipo de dispositivo de bombeo
• La cantidad de fuerza que ejerce la bomba

Además, el tubo usado en estos sistemas puede afectar significativamente el proceso de dispensación de fluidos y la precisión de las pruebas en IVD y otras aplicaciones. Echemos un vistazo más de cerca a algunas consideraciones importantes para los tubos de precisión usados en sistemas de dispensación de líquidos.

¿Cómo reducir el carryover en sistemas de dispensación de fluidos?

La parte 1 de esta serie de blogs sobre sistemas de dispensación de líquidos discutió el problema potencial del carryover. Puede ocurrir cuando el líquido de una muestra anterior no se lava completamente, causando posibles problemas de contaminación en muestras subsiguientes.

Entre otras cosas, el carryover puede ser causado por:

• Un líquido trepando por el exterior de un tubo de dispensación
• La formación de una "última gota" que persiste en el fondo del tubo

En cualquier procedimiento de laboratorio, mantener un ambiente limpio es crucial. Así que naturalmente, limpiar el tubo es parte del proceso de uso de sistemas de dispensación de líquidos — ayudando a reducir la cantidad de carryover al 4 ppb (o mejor) comúnmente aceptado.

Reducir el carryover de una muestra a otra no solo combate la contaminación, sino que también ayuda a hacer dos cosas:

1. Reduce el costo total de las pruebas mediante un uso más eficiente de reactivos, que son muy costosos
2. Mejora la precisión de los resultados de las pruebas al dispensar cantidades más precisas de líquido

¿La limpieza por sí sola es suficiente para prevenir el carryover?

La efectividad general del proceso de lavado — es decir, si todo el residuo de la muestra anterior puede eliminarse de los sistemas de dispensación de líquidos — variará de una aplicación a otra, ya que la limpieza es función de muchos factores.

Estos factores incluyen (pero ciertamente no se limitan a):

• El tiempo permitido para la limpieza
• La solución de limpieza usada (ya que diferentes metales pueden requerir diferentes soluciones)
• La cantidad de solución de limpieza usada
• Si hay tiempo para remojo en lejía
• Cuántas veces se puede enjuagar una solución de limpieza y/o agua a través del sistema
• El volumen de agua usado (aproximadamente 100 veces el volumen de la muestra es un estándar común)
• La presión aplicada mientras el sistema se limpia y enjuaga

Sin embargo, alcanzar el carryover mínimo puede ser más desafiante en entornos de laboratorio grandes donde un alto volumen de pruebas debe realizarse para ser rentable.

Además, dado que los sistemas de dispensación de líquidos a menudo usan tubos con diámetros interiores (DI) tan pequeños como 50 o 100 micras, las características del tubo de precisión en sí tienen un impacto tanto en el carryover como en el proceso de limpieza.

¿Cómo afecta el corte final del tubo al carryover en sistemas de dispensación de líquidos?

Como se mencionó en el blog anterior, la forma en que se forma el extremo del tubo puede ayudar a reducir el riesgo de carryover en sistemas de dispensación de líquidos. Por ejemplo, redondear el extremo de dispensación del tubo reducirá la capacidad de formarse una última gota; sin embargo, también puede permitir que ocurra trepado, dependiendo del líquido que se dispense.

O, en lugar de un corte plano de 90º al final del tubo, tener un extremo más angular, puntiagudo con paredes afiladas proporcionaría menos área de superficie sobre la que una última gota puede formarse. Sin embargo, nuevamente dependiendo del líquido que se dispense, este extremo "puntiagudo" podría cambiar cómo sale el líquido del tubo, lo que a su vez podría afectar la precisión de la prueba.

Sin embargo, con tubos de precisión que tienen un diámetro casi tan pequeño como un cabello, puede ser difícil obtener un corte final limpio. Además, se debe tener cuidado especial para no colapsar el tubo durante el proceso de corte.

Pero asumiendo que se puede lograr el corte adecuado (una tarea que es una especialidad de Metal Cutting Corporation), cualquier posible problema asociado con el extremo del tubo puede abordarse mediante:

• Probar el tubo con el líquido específico que se dispensará
• Identificar el proceso que logra la mayoría — pero realistamente, quizás no todos — de los resultados deseados

¿Cómo afecta el DI del tubo a los sistemas de dispensación de fluidos?

La regla general es que cuanto menor el DI del tubo, mejor la precisión en los sistemas de dispensación de fluidos. Eso es porque un DI pequeño produce velocidades lineales más rápidas y "zonas de mezcla" más pequeñas, permitiendo que los componentes de la muestra permanezcan lo más concentrados posible.

Uno de los aspectos más importantes del DI del tubo en estos sistemas de dispensación es su acabado superficial. La Sociedad Americana de Metales define el acabado superficial como la "condición de la superficie como resultado de un tratamiento final y características de perfil de superficie medidas, siendo el término preferido rugosidad".

Se acepta generalmente que cuanto más rugoso es el acabado superficial del DI, más carryover puede haber y, creemos, más difícil se vuelve lograr 4 ppb. Esto es porque una superficie de DI más rugosa tiene pequeños "rincones" donde el residuo líquido puede refugiarse de los efectos del proceso de lavado.

Así que, además de tener el corte final adecuado en el tubo (por ejemplo, plano, angular o redondeado), tener un acabado superficial del DI del tubo lo más suave posible puede ayudar a reducir aún más las posibilidades de carryover de una muestra a otra.

Un valor Ra o RMS de 6-8 se considera un buen nivel de suavidad. (La media aritmética, o Ra, es la rugosidad promedio expresada en unidades de altura, típicamente micras. El RMS, también conocido como Rq, es el valor cuadrático medio correspondiente al Ra.)

Además, el DI del tubo determinará qué tan suavemente fluyen las muestras en los sistemas de dispensación de líquidos. Imperfecciones en el acabado superficial pueden resultar en remolinos, turbulencias o golpeo del líquido al moverse fuera del tubo, lo que puede crear problemas en aplicaciones donde es crítico que el líquido se dispense suavemente.

¿Cómo afecta el DE del tubo a los sistemas de dispensación de líquidos?

Un acabado superficial suave en el diámetro exterior (DE) del tubo también es importante si un proceso de prueba requiere aspiración, en la que todo el tubo entra en el líquido para crear vacío. Sin embargo, el acabado superficial del DE es mucho menos un factor en el proceso de dispensación.

En el proceso de micropipeteo, que implica tanto aspiración como dispensación pero usualmente de un solo líquido, el carryover en el tubo es menos problema siempre que:

• La pipeta esté calibrada digitalmente para dispensar una cantidad exacta de líquido repetidamente
• La tolerancia del instrumento de dispensación (p. ej., ±2-3% o ±5%) — y por tanto, la cantidad de líquido que puede quedar en el tubo — se tenga en cuenta

¿Cómo puede mejorarse el acabado superficial del DI del tubo?

Dado que cualquier variación en la pared interior de un canal de dispensación puede impactar el proceso usado en sistemas de dispensación de líquidos, tener un DI limpio y libre de rebabas es críticamente importante.

Si se ha tomado la molestia de elegir un tipo particular de tubo a una longitud especificada y lo ha probado con la máquina y bomba elegidas para determinar que dispensa el volumen correcto de material de muestra, ciertamente no querrá poner en riesgo la precisión de la prueba al no especificar también el acabado superficial deseado para el DI del tubo.

Afortunadamente, la tecnología ha avanzado de modo que ahora hay varios métodos que pueden usarse para mejorar el acabado superficial en el DI de tubos de precisión muy pequeños usados en sistemas de dispensación de líquidos. Algunas opciones incluyen:

• Micropulido y/o pasivación
• Mejora del taladro mediante uso de un proceso de "brillo en estirado" (bright draw)
• Recubrimientos como silicona, PTFE o PSX
• Mecanizado por flujo abrasivo o extrude honing

Como con el corte final en el tubo, cualquier posible problema asociado con un método de acabado debe pesarse contra los objetivos generales y el proceso que, realistamente, producirá los mejores resultados.

Por ejemplo, recubrir el tubo usado en sistemas de dispensación de líquidos puede ayudar a resolver problemas de carryover. Sin embargo, cuando el tubo se corta para cumplir los requisitos de un sistema y aplicación particulares, partes del recubrimiento pueden quedar expuestas, reduciendo su efectividad.

(Aquí es donde Metal Cutting ha tenido éxito cortando tubos recubiertos sin afectar adversamente el recubrimiento, con resultados validados en pruebas para aplicaciones específicas.)

¡Preste mucha atención a sus especificaciones de tubo!

Con la amplia gama de factores que pueden impactar la precisión de los sistemas de dispensación de líquidos, especificar las características del tubo usado en estos sistemas puede parecer una tarea desalentadora.

Afortunadamente, el proveedor adecuado de tubos metálicos y su equipo de ingeniería pueden ayudarle a decidir sobre un método de corte, acabado superficial del DI y otras características que satisfarán sus necesidades y serán rentables para su aplicación particular.

En la parte 3 de esta serie de blogs, puede leer cómo la alta presión afecta los tubos de precisión usados en sistemas de dispensación de líquidos. O para explorar diferentes opciones de corte de precisión para sus tubos metálicos u otras necesidades de piezas metálicas, descargue nuestra guía gratuita, "Choose with Confidence: Comparing 2-Axis Cutting Methods".