Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Bürstenlose Gleichstromantriebe treiben die Laborautomatisierung voran : Ausgabe 17/2014, 17.09.2014

Flotte Fahrt mit dem Probentaxi

Was passiert eigentlich in den Labors, die unsere Gesundheit bewerten? Meist haben Ärzte kein eigenes Labor mehr, sondern hochspezialisierte Betriebe führen täglich viele Tausend Analysen unserer Blut- oder Urinproben durch. Auch sie profitieren von moderner Automatisierungstechnik. Wie bei vielen anderen Aufgaben, spielen auch hier leistungsfähige Kleinstantriebe eine Schlüsselrolle.

Autor: Peter Weber, Ellen-Christine Reiff

Bilder: GLP Systems, GLP Systems, Faulhaber

Viele Labore, die medizinische Probenanalysen durchführen, arbeiten heute noch mit manuellen Verteilsystemen. Das heisst, die Mitarbeitenden erfassen die eingehenden Proben zunächst datentechnisch, setzen sie dann batchweise in Racks, tragen sie zu den unterschiedlichen Analysestationen und sortieren sie gegebenenfalls auch noch zwischendurch für weitere Analysen um. Bei Tausenden von Materialproben pro Tag ist das nicht nur eine anstrengende und monotone Tätigkeit, sondern ist auch fehleranfällig. Die Fehlerbehebung erfordert dann zusätzlichen Aufwand.

Weitere Zeit kostet es, wenn einzelne Proben eine Sonderbehandlung benötigen, beispielsweise weil sie für eine Stufendiagnostik mehrere Stationen durchlaufen sollen. Das Gleiche gilt für die Verdünnung von Proben für bestimmte Analysen oder für die Probenaufteilung für unterschiedliche Analysen, die sogenannte Aliquotierung. Störungen des geordneten Arbeitsablaufs sind hier vorprogrammiert. Erschwerend kommt dazu, dass der Trend heute dazu geht, vom Patienten für alle notwendigen Analysen möglichst nur eine Materialprobe anzuliefern.

Hohe Anforderungen an die Technik

Am Einsatz praxisgerechter Automatisierungstechnik, die Mitarbeitende von monotonen Tätigkeiten befreit und Fehlerquellen beseitigt, wird im modernen Laborbetrieb kein Weg vorbeiführen. Ein automatisches Probentransportsystem transportiert die Proben idealerweise direkt zum entsprechenden Analysesystem und übernimmt dabei quasi nebenbei weitere Aufgaben: Anhand der Identifikation der Probe nach der Anlieferung plant und optimiert es den Weg durchs Labor. Dazu lassen sich viele Parameter berücksichtigen, beispielsweise die Art des Gefässes, die Aufbereitung, der Füllstand und natürlich die Abfolge der einzelnen Analyseschritte.

Für die Dauer der Analyse und die Bewertung sollten dann alle aktuell zu bearbeitenden Proben im Zugriff bleiben. Das heisst, mehrere Hundert Proben sind idealerweise gleichzeitig im Verteilsystem unterwegs. Dann lassen sich Analysen schnell wiederholen oder zusätzlich durchführen und eventuell nachträglich erforderliche Begutachtungen realisieren. Ist die Analytik abgeschlossen, soll das System die Proben automatisch ausschleusen, nach einer Aufbewahrung von ein paar Tagen entsorgen oder für eine Langzeitarchivierung gegebenenfalls in geeignete Gefässe umfüllen.

Separate Beförderung der Proben

Die Anforderungen an ein automatisches Probenverteilsystem sind damit hoch – neben Kapazität und Zuverlässigkeit vor allem auch im Hinblick auf die Flexibilität, und das gleich in zweierlei Hinsicht: Das Verteilsystem muss mit wechselnden Arbeitsaufgaben und Ablaufänderungen zurechtkommen, gleichzeitig aber auch einfach erweiterbar sein, damit sich beispielsweise neue oder andere Analysegeräte auch nachträglich und ohne grossen Aufwand integrieren lassen.

Dass diese Anforderungen heute erfüllbar sind, hat GLP Systems mit der Entwicklung des vollautomatischen Probenverteilsystems lab.sms bewiesen. Es befördert jede Probe (Specimen) separat und erreicht damit eine flexible, individuelle und optimierbare Organisation einzelner Probe. Es unterscheidet sich deshalb grundlegend von Systemen, die Racks mit fünf oder zehn Specimen fördern.

Flexibilität beim Transport

Das Probenverteilsystem der Hamburger Spezialisten verknüpft nach der Anlieferung im Zuordnungspunkt die Identifikation des Specimen mit der Identifikation des fahrbaren Probenträgers. Es kennt also die Probe und «weiss», auf welchem Wägelchen sie aktuell unterwegs ist und welche Analysen notwendig sind. Dabei sind auch nachträgliche Ablaufänderungen unproblematisch, weil ein wahlfreier Zugriff (Random access) möglich ist. Während des Transports an Identifika- tionspunkten überprüft es dazu immer wieder die Position der Specimen und die Zuordnung zum Wägelchen. Über Kunststoffbahnen fahren die Wägelchen mit den Blutproben dann vollautomatisch die jeweiligen Analysestationen an. Die Weichen, die sie unterwegs passieren, stellt die übergeordnete Steuerung.

Hohe Sortierleistung der Weichen

Jede Weiche schafft durchschnittlich 4500 Sortierungsprozesse pro Stunde. Da alle Weichen in der Lage sind, gleichzeitig zu arbeiten, ergibt dies beispielsweise in einem System mit 50 divergenten Weichen eine Sortierkapazität von 225 000 Sortierungsvorgängen pro Stunde oder mehr als 60 pro Sekunde. Diese Leistung ist durchaus nötig, da sich viele Specimen vor und nach der Analytik in der Warteschleife befinden und dadurch Weichen häufig durchfahren werden. Die hohe Sortierleistung der Weichen liefert damit eine wichtige Voraussetzung für die organisatorische Flexibilität im Laborbetrieb. Ebenso wichtig für den reibungslosen Ablauf sind die Wägelchen, mit denen die Proben durchs Labor reisen: Schnelligkeit und Zuverlässigkeit haben hier oberste Priorität.

Zuverlässige und langlebige Flachläufermotoren

Die Wägelchen, also die «Probentaxis», sind relativ einfach aufgebaut. Integriert sind Antrieb, Akku, Elektronik und Näherungsschalter, damit die Taxis punktgenau beschleunigen, abbremsen oder stoppen können. Bei den Antrieben fiel die Wahl auf bürstenlose Gleichstrommotoren, sogenannte Flachläufermotoren. Die Motoren von Faulhaber sind für hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer ausgelegt. Sie können also ohne Weiteres in den automatischen Verteilsystemen viele Kilometer verschleissfrei zurücklegen.

Darüber hinaus überzeugen sie auch in dieser Anwendung durch ihre ruhigen, rastmomentfreien Laufeigenschaften. Dies ist besonders wichtig, weil meist offene Blutproben zu transportieren sind. Ausserdem arbeiten die Antriebe leise. Der Seltenerdenmagnet des Rotors und die Schrägwicklung sorgen zudem für hohe Leistung und Dynamik bei kleinem Bauvolumen.

Kompakte Antriebe mit geringem Stromverbauch

Die Antriebe, die bei rund 15 mm Durchmesser und 15 mm Länge etwa 0,3 W und ein Drehmoment von bis zu 6 mNm liefern, treiben über ein Stirnradgetriebe das Rad des Probentaxis mit einer Untersetzung von 1:10 an. Dank ihrer kompakten Abmessungen liessen sie sich gut integrieren, und ihr geringer Strombedarf ist ideal für die Anwendung. Die Aufladeintervalle des Akkus sind entsprechend lang. Damit die Wägelchen stets einsatzbereit sind, überwacht die in ihnen integrierte Elektronik ständig den Ladezustand.

Die Elektronik hat aber noch weitere Aufgaben. So ist hier die Identifikationsnummer des Taxis hinterlegt, und sie wertet die Signale des Näherungsschalters aus. Die Motorelektronik kann dann die Drehzahl der bürstenlosen Gleichstrommotoren entsprechend anpassen. Die Lösung hat sich bereits in einem grossen medizinischen Labor in Hamburg im praktischen Einsatz bewährt. Verarbeitet werden hier täglich 3000 hämatologische Specimen mit 19 Online-Analysegeräten.

Infoservice


Faulhaber Minimotor SA
via Cantonale, 6980 Croglio
Tel. 091 611 31 00, Fax 091 611 31 10
nfo@minimotor.ch, www.faulhaber.com

Über Kunststoffbahnen fahren die Wägelchen mit den Specimen vollautomatisch die jeweiligen Analysestationen an

Autoren

Peter Weber, Regional Sales Manager bei Faulhaber, und Ellen-Christine Reiff, Redaktionsbüro Stutensee