Een micropomp lijkt op het eerste gezicht een eenvoudig los component. In de praktijk blijkt het voor veel instrumentmakers het beginpunt van een veel dieper traject: van het uitproberen van één pomp tot aan het afnemen van een volledig geassembleerde manifoldmodule die kant-en-klaar in het instrument wordt gemonteerd. Dit artikel beschrijft hoe dat traject verloopt en wat het oplevert.
⏱ ca. 6 minuten leestijd
De Bio-Chem Fluidics micropomp is in de kern een solenoid-aangedreven diafragmapomp: compact, elektrisch aanstuurbaar, zelfprimend en volledig inert leverbaar. Elk van die eigenschappen is voor een OEM-ontwerper waardevol, maar juist de combinatie ervan maakt de micropomp bijzonder als bouwsteen voor instrumenten.
Dankzij het compacte formaat passen meerdere pompen naast elkaar in de ruimte die traditioneel voor één peristaltische kop is gereserveerd. Verder schakelt de pomp direct vanuit een PLC of microcontroller, zonder extra mechanische interface. Het zelfprimend vermogen reikt tot 1,3 meter onder de pomp, waardoor het vloeistofreservoir buiten het instrument kan staan. Bovendien bevat het volledige vloeistofpad, van inlaat via diafragma tot uitlaat, geen metalen oppervlakken die reageren met agressieve reagentia of biologische monsters, zodat ook de meest veeleisende media veilig stromen.
Het isolatieprincipe als kernvoordeel
De solenoid en het diafragma zijn mechanisch verbonden maar vloeistoftechnisch volledig gescheiden. Het medium raakt de spoel, de veer en de behuizing nooit aan. Dit maakt de pomp geschikt voor toepassingen waarbij kruisbesmetting, lekkage naar elektrische componenten of chemische aantasting van de aandrijving onaanvaardbaar zijn; een vereiste in farmaceutische en medische omgevingen.
Een fabrikant van farmaceutische vulmachines zocht een oplossing voor het simultaan en nauwkeurig vullen van meerdere medicijnflacons op een productielijn. Elke flacon moet exact hetzelfde volume ontvangen, afwijkingen zijn in de farmaceutische productie niet acceptabel en direct gekoppeld aan productgoedkeuring en batchdocumentatie.
De uitdaging was tweeledig. Ten eerste moesten meerdere pompen synchroon en met identieke dispenseernauwkeurigheid werken, zodat alle flacons in één cyclus gelijktijdig en gelijkmatig worden gevuld. Ten tweede vereist de farmaceutische productieomgeving dagelijks reinigen: aan het einde van elke productierun wordt de volledige vloeistofweg gespoeld met een schoonmaakmiddel. De pomp en het vloeistofpad moeten dit zonder degradatie doorstaan, cyclus na cyclus.
De keuze viel op de 139SP in manifold-uitvoering. De 139SP monteert specifiek direct op een manifoldblok, zonder externe slangen tussen pomp en manifold. Daardoor lopen alle vloeistofpaden intern door het blok en verdwijnen de verbindingen die kunnen lekken of achterblijven bij het reinigen. Het manifold bestaat uit een materiaal dat zowel het medicijn als het dagelijkse schoonmaakmiddel verdraagt. Bovendien zijn de pompkoppen snel te demonteren voor inspectie of vervanging, wat aansluit op de GMP-eisen voor farmaceutische productiemiddelen.
Inacom levert de geassembleerde module als één eenheid, getest op dispenseernauwkeurigheid en lekkage, zodat deze direct inbouwklaar is in de vulmachine. Daarmee valideert de instrumentmaker de module als geheel in plaats van individuele componenten, wat de kwalificatielast bij inbedrijfstelling aanzienlijk verkleint.
Een fabrikant van online TOC-analyzers (Total Organic Carbon) voor industrie en drinkwaterbewaking zocht een compacte, betrouwbare oplossing voor het nauwkeurig doseren van chemische reagentia in een continu werkend meetsysteem. Een TOC-analyzer werkt met agressieve vloeistoffen: het oxidatiemiddel dat de organische verbindingen in het watermonster afbreekt, het zuur dat het systeem aanzuurt voor de meting, en het monster zelf. Alle drie stromen moeten onafhankelijk en nauwkeurig worden gedoseerd op het moment dat de meetcyclus dat vereist.
De eisen aan de pomp zijn in deze toepassing hoog. Allereerst is het oxidatiemiddel corrosief en stelt het hoge eisen aan de inertie van het vloeistofpad. Daarnaast werkt het instrument onbemand in het veld, soms jarenlang zonder revisie, waardoor de levensduur van de pomp een directe factor is in de beschikbaarheid van de analyzer. Tot slot beïnvloedt de doseernauwkeurigheid direct de meetkwaliteit: een afwijkende reagentiahoeveelheid geeft een onjuiste TOC-waarde.
Het traject begon met het valideren van een enkele 139SP micropomp op de werkelijke reagentia. Na bevestiging van de chemische compatibiliteit en de dispenseernauwkeurigheid werkte Inacom het ontwerp uit naar een manifoldassemblage met drie pompkoppen — één per medium — gecombineerd op één blok met interne vloeistofpaden. Doordat de 139SP specifiek is ontworpen voor directe manifoldmontage, sluit de pompkop direct aan op het manifoldvlak zonder tussenliggende slangen of fittingen. Daardoor blijft de interne vloeistofarchitectuur strak en lekvrij, en lopen alle verbindingen tussen pomp en meetcel intern door het manifold.
Voor onderhoud in het veld is de volledige manifoldmodule als één eenheid vervangbaar. De servicemonteur vervangt de module in een paar minuten zonder gereedschap en zonder kennis van de interne vloeistofarchitectuur. De vervangen module gaat terug naar Inacom voor inspectie en herconditioning, waarna ze opnieuw inzetbaar is.
Beide trajecten hierboven volgden hetzelfde patroon. Dat patroon is niet toevallig; het is de meest efficiënte weg van een eerste idee naar een productierijpe module.
Waarom vroeg beginnen met de manifold loont
Instrumentontwerpers die de manifold pas in een laat stadium van het ontwerp introduceren, lopen vaak tegen ruimteproblemen of onhandige leidingpaden aan. Het manifoldontwerp is het meest flexibel in de vroege ontwerpfase, als de lay-out van het instrument nog open is. Inacom denkt graag vroeg in het proces mee over de optimale positie en configuratie van de pompmodule.
Zowel de pompkoppen als het manifoldblok zelf moeten chemisch compatibel zijn met alle media die erdoorheen stromen. De Bio-Chem Fluidics micropomp is verkrijgbaar in een combinatie van bodymaterialen, diafragmamaterialen en terugslagklepelastomeren. Het manifoldblok wordt op maat geproduceerd in het materiaal dat het beste past bij de toepassing. De keuze van al die materialen samen is de eerste en belangrijkste beslissing in elk OEM-traject.
Tip: test altijd op het werkelijke medium
Materiaaltabellen geven een indicatie, maar zijn nooit een garantie. Concentratie, temperatuur, pH en de aanwezigheid van co-solventen beïnvloeden de compatibiliteit. Inacom adviseert altijd een versnelde compatibiliteitstest op het werkelijke procesmedium voordat een manifoldontwerp wordt gefinaliseerd. BioChem Fluidics kan hiervoor testsets leveren.
Wat een geassembleerde module oplevert voor de instrumentmaker
Niet elk OEM-project rechtvaardigt een manifoldontwerp. Een enkelvoudige pomp met standaardaansluitingen volstaat voor eenvoudige toepassingen. Een manifold wordt zinvol zodra twee of meer van de volgende situaties van toepassing zijn.
Het instrument bevat drie of meer vloeistofstromen die onafhankelijk van elkaar moeten worden gepompt of geschakeld. Of de ruimte in het instrument is beperkt en losse slangen en fittingen vormen een integratieprobleem. Of het instrument wordt in grote aantallen geproduceerd en de assemblagekosten per eenheid zijn significant. Of het instrument werkt onbemand in het veld en veldonderhoud moet zo eenvoudig mogelijk zijn. Of de vloeistofpaden moeten kruisbesmettingsvrij zijn en afzonderlijke slangen bieden onvoldoende zekerheid.
Als meerdere van deze punten gelden, is de stap naar een manifoldassemblage bijna altijd de moeite waard, zowel technisch als economisch.
BioChem Fluidics heeft manifolds gebouwd voor 84 pompen op één blok
De schaal van manifoldoplossingen is vrijwel onbeperkt. BioChem Fluidics heeft in de loop der jaren manifolds ontworpen en geproduceerd die variëren van eenvoudige twee-pompblokken tot complexe assemblages met 84 pompkoppen op één PTFE-blok voor grootschalige diagnostische platforms. De engineering is volledig op maat en start altijd vanuit de functionele vereisten van het instrument.
Inacom is de Nederlandse distributeur van Bio-Chem Fluidics en ondersteunt OEM-klanten niet alleen in de levering van componenten, maar ook in het ontwerp- en validatieproces. Dat begint met het leveren van testpompen voor de eerste validatiefase en loopt door tot aan de levering van geassembleerde, geteste manifoldmodules voor serieproductie.
Het manifoldontwerp ontstaat in samenwerking met Bio-Chem Fluidics. Samen stemmen we de engineering voor het vloeistofpad, de materiaalkeuze, de interne boringsgeometrie en de montageposities van pompen en kleppen af op de exacte vereisten van het instrument. Vervolgens testen we prototypes in een vroeg stadium bij de klant, zodat aanpassingen nog eenvoudig zijn door te voeren.
Voor serieproductie levert Inacom de modules volledig geassembleerd en getest. Daarnaast beheert Inacom de voorraad en levert op afroep, afgestemd op het productieritme van de klant.
