5-2021

Antriebe
Start-ups noch während ihrer universitären
Forschungsarbeiten realisierten,
waren sie zunächst mit
den für Kamera und Pipetten eingesetzten
Motoren unzufrieden
und haben diese durch Antriebe
von Faulhaber ersetzt. Sie überzeugten
vor allem durch ihre Kompaktheit
und Zuverlässigkeit. Als
es um die Weiterentwicklung für
die Serienproduktion ging, musste
also kein Antriebslieferant mehr
gesucht werden. Es wurden jedoch
neue Ziele definiert: „Wir wollten mit
möglichst wenig unterschiedlichen
Motortypen arbeiten“, erinnert sich
Entwicklungschef Matthias Moll.
„Außerdem sollte die Verkabelung
einfacher werden. Wir haben uns
einen Antrieb gewünscht, bei dem
die Elektronik bereits integriert ist.
Sie war bis dahin in einem Steuerelement
des Roboterarms untergebracht,
wodurch viele Kabelverbindungen
in einem bewegten Element
nötig waren.“ Darüber hinaus sollten
die Motoren in der Lage sein, Fehler
zu melden, so etwa wenn Überhitzung
eine mechanische Blockade
zu verursachen droht.
Kompakt, leicht und
leistungsfähig
In der Kombination mit einem
integrierten Motion Controller der
Reihe CxD erfüllte der bürstenlose
DC-Servomotor 2232…BX4 diese
neuen Anforderungen der Techniker
(Bild 5). Hinzu kamen die hohe Leistung
bei äußerst kompakter Bauform.
Der gesamte Antrieb ist bei
22 mm Durchmesser nur 49,6 mm
lang. Das geringe Gewicht und
Volumen kam der Laboranwendung
ebenfalls zugute. Die bürstenlosen
DC-Servomotoren in
4-Pol-Technologie liefern ein Drehmoment
von 16 mNm bei ruhigen
Laufeigenschaften und niedrigem
Geräuschpegel. Der dynamisch
gewuchtete Rotor sorgt für einen
ruhigen, rastmomentfreien Lauf.
Die Datenverarbeitung direkt im
Motor bietet weitere Vorteile: Es
gibt keine abgestrahlten Störsignale
bei der Motorkommutierung,
die bei langen Zuleitungen zwangsläufig
vorkommen. Die als Datenpaket
gesendeten Steuerungssignale
der SPS bzw. die Rückmeldung
vom Motor werden ebenfalls
störsicher übertragen.
Insgesamt sind sechs dieser
Antriebe in dem Analysegerät eingebaut.
Drei bewegen den Pipettierkopf
im Roboterarm in drei Achsen.
Sie fahren die Pipetten exakt
über die Mikrotiter-Schälchen und
positionieren sie knapp darüber, um
die Lösung abzugeben. Ein vierter
Motor treibt 24 Saugkolben an, die
bis zu 200 µl Kulturmedium in die
sterilen Pipettenspitzen befördern.
Zwei Motoren bewegen das Mikroskop
auf einen XY-Tisch unter der
durchsichtigen Mikrotiter-Platte mit
den Zellproben, um die Fotos aufzunehmen.
Bild 2: Die einzelnen Komponenten des automatisierten Zellanalyse-Systems
im Uberblick © INCYTOИ
Automatisiertes Testsystem
statt Handarbeit
Bisher erforderten solche Testreihen
viel Handarbeit. Die verschiedenen
Schritte konnten nur teilweise
automatisiert werden. Mit
CYRIS FLOX (Bild 1) hat INCYTOИ
ein vollautomatisches Gerät entwickelt,
das den mehrtägigen Testdurchlauf
ohne menschlichen Eingriff
absolvieren und zugleich die
Ergebnisse vollständig dokumentieren
kann. Das Kernstück des Systems
ist eine durchsichtige Mikrotiter-Platte
mit 24 Vertiefungen, die
wie Miniatur-Petrischalen die Zellproben
aufnehmen (Bild 2 und 3).
24 Pipetten an einem Roboterarm
versorgen die Kulturen mit Nährlösung
und führen die Substanzen
zu, deren Auswirkungen ermittelt
werden sollen (Bild 4). Dabei kann
für jede Pipette eine andere Zusammensetzung
der Lösung gewählt werden.
Jedes Schälchen hat Sensoren
für Sauerstoffgehalt, pH-Wert und
elektrischen Widerstand. Durch ein
Mikroskop-Objektiv werden zudem
in regelmäßigen Abständen die einzelnen
Schälchen von unten durch
die durchsichtige Platte fotografiert.
Zuverlässige Antriebe
Beim Prototyp des automatischen
Testsystems, das die Gründer des
Bild 3: Das Kernstück des Systems ist eine durchsichtige Mikrotiter-Platte mit
24 Vertiefungen, die wie Miniatur-Petrischalen die Zellproben aufnehmen
© INCYTOИ
meditronic-journal 5/2021
127