Schnellere Entwicklung einer zuverlässigen Probenhandhabung

Gemeinsames Engineering in der Laborautomatisierung

Festo USA hat in Zusammenarbeit mit PerkinElmer eine kompakte Lösung für das Probenhandling für einen weltweit führenden Hersteller von medizinischen Geräten entwickelt. Dank der frühen Einbindung des Kunden in den Entwicklungsprozess ist das Subsystem einfach in die Kundenplattform zu integrieren - mit Standardkomponenten von Festo, einer PerkinElmer® JANUS G3 Workstation und einem modifizierten Drehgreifermodul. Dieser Ansatz führte zu einer minimalen Komplexität bei maximaler Produktivität und Prozesssicherheit.

Probenhandling Teilprozesse

Die Lösung von Festo ist Teil einer modularen JANUS® G3 Liquid-Handling-Workstation, die flexibel an unterschiedliche Kundenanforderungen angepasst werden kann. Folgende Prozessschritte werden in der Anwendung berücksichtigt: Vereinzeln der unterschiedlich großen Probengefäße aus dem Rack → Identifizieren der Proben → Vortexen → Öffnen des Deckels → Aufsetzen der geöffneten Probe unter eine Pipette → Verschließen des Deckels nach der Probenahme → Zurückstellen der Probengefäße in das Rack.

Besondere Merkmale der Probengefäße

Es müssen zwei verschiedene Arten von Probengefäßen mit sehr unterschiedlichen Abmessungen gehandhabt werden: ThinPrep®: 42 mm Durchmesser x 75 mm Höhe und SurePath®: 33 mm Durchmesser x 52 mm Höhe.

Die Kappen der Probengefäße sind flach und eignen sich daher nicht für die Automatisierung. Dies stellt besondere Anforderungen an das Öffnen und Schließen mit einem hohen Drehmoment von bis zu 2 Nm. Aufgrund der besonderen Geometrie des Gefäßbodens kann schon die kleinste Lageveränderung dazu führen, dass die Probengefäße nicht mehr in das Rack zurückgestellt werden können.

Zusätzliche Anforderungen

Der Kunde wollte einen vollelektrischen Industrieroboter, der einen Arbeitsbereich mit 2 Tabletts mit je 48 Probengefäßen abdeckt. Die Lösung sollte auch optisch perfekt zum Gesamtsystem passen, ohne dass die bestehende Plattform verändert werden muss. Darüber hinaus war auch eine Nachrüstmöglichkeit für bereits auf dem Markt befindliche Systeme gefordert.

Die Lösung von Festo

Festo entwickelte insgesamt fünf Subsysteme, bestehend aus Festo Standardkomponenten, einer PerkinElmer® JANUS® G3 Workstation und einem kundenspezifischen Drehgreifermodul.

JANUS® G3 Workstation mit einem kundenspezifischen Drehgreifermodul und Subsystemen von Festo.

JANUS® G3 Workstation mit einem kundenspezifischen Drehgreifermodul und Subsystemen von Festo.

Durch die enge Zusammenarbeit mit dem Kunden konnte die Komplexität des Industrieroboters auf ein Minimum reduziert werden. Der Industrieroboter (3-dimensionales Portal) nutzt die vorhandenen Führungen in der JANUS® G3 Workstation, so dass kompakte Achsen gewählt werden konnten. Das Drehgreifermodul mit modifiziertem Standardgreifer ist Teil des 3-dimensionalen Portals und dient der Entnahme einzelner Probengefäße aus einem Tray. Nachdem das Probengefäß durch einen Barcode-Leser eindeutig identifiziert wurde, wird es sehr schnell um seine vertikale Achse gedreht, um sicherzustellen, dass die Probe im Gefäß mit der Suspension vermischt ist. Das Probengefäß wird dann geöffnet und unter eine Pipette gehalten. Nach der Probenahme wird das Gefäß wieder verschlossen und in die Schale zurückgelegt.


Die Kappen der Probengefäße werden während aller Prozessschritte kontinuierlich durch das Drehgreifermodul gegriffen. So wird sichergestellt, dass jedes Probengefäß nach dem Öffnen und Schließen wieder mit hoher Präzision in das Tray eingesetzt werden kann.

Mehrere Beta-Versionen der gesamten Workstation werden derzeit von ausgewählten Endkunden getestet. Parallel dazu wird das Gesamtsystem vom TÜV zertifiziert, um es zukünftig einem breiten Markt zur Verfügung zu stellen.

Vorsprung durch Kooperation

Die Zusammenarbeit mit Festo hat sich für den Kunden in mehrfacher Hinsicht ausgezahlt. Die Probenhandling-Lösung von Festo erhöht die Geschwindigkeit, die Flexibilität und die Prozesssicherheit des Gesamtsystems, minimiert die Komplexität und maximiert die Effizienz des Komponenteneinsatzes. Darüber hinaus konnte der Kunde die Entwicklungskosten senken und die Markteinführung beschleunigen. Das Collaborative Engineering mit Festo wird in Zukunft weiter intensiviert, denn es verschafft dem Kunden Freiräume, um sich auf strategische Innovationen zu konzentrieren und noch flexibler auf die sich ständig ändernden Marktanforderungen zu reagieren.

Nur für Forschungszwecke. Nicht zur Verwendung in diagnostischen Verfahren.

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