자동화 액체 분주에서 정밀 튜빙이 정확도를 높이는 방법: 2부

튜빙 특성이 공정과 정확도에 미치는 영향

생명공학 및 실험실 자동화 분야에서 글로벌 체외 진단(IVD) 시장은 MarketsandMarket™ 조사에 따르면 2025년까지 960억 달러에 달할 것으로 예상됩니다. IVD 수요 증가와 함께 자동화된 액체 분주 시스템 사용도 늘어날 것으로 보입니다.

다양한 변수가 이러한 유체 분주 시스템의 성능에 영향을 미칩니다:

• 샘플링되는 액체 유형
• 사용되는 시약 화학물질
• 펌핑 장치 유형
• 펌프가 가하는 힘의 양

또한 이 시스템에 사용되는 튜빙이 IVD 및 기타 애플리케이션에서 유체 분주 공정과 테스트 정확도에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 액체 분주 시스템에 사용되는 정밀 튜빙의 중요한 고려 사항을 자세히 살펴보겠습니다.

유체 분주 시스템에서 캐리오버를 줄이는 방법은?

액체 분주 시스템에 대한 이 블로그 시리즈 1부에서는 캐리오버 잠재 이슈를 논의했습니다. 이전 샘플의 액체가 완전히 씻겨 나가지 않아 후속 샘플에서 오염 문제를 일으킬 수 있습니다.

캐리오버는 다른 것들 중에서도 다음에 의해 발생할 수 있습니다:

• 액체가 분주 튜브 외부를 타고 올라가는 위킹(wicking)
• 튜브 바닥에 남아 있는 '마지막 한 방울(last drop)' 형성

모든 실험실 절차에서 깨끗한 환경 유지가 필수적입니다. 당연히 튜빙 세척은 액체 분주 시스템 사용 공정의 일부로, 일반적으로 허용되는 4 ppb(또는 그 이하)로 캐리오버 양을 줄이는 데 도움이 됩니다.

한 샘플에서 다른 샘플로의 캐리오버 감소는 오염 방지뿐만 아니라 두 가지를 돕습니다:

1. 시약의 더 효율적 사용을 통해 테스트 총 비용을 낮춥니다 — 시약은 매우 비쌉니다
2. 더 정확한 양의 액체 분주로 테스트 결과 정확도를 높입니다

세척만으로 캐리오버를 예방할 수 있을까?

전반적인 세척 공정의 효과 — 즉 이전 샘플의 모든 잔여물이 액체 분주 시스템에서 제거될 수 있는지 — 는 세척이 많은 요인의 함수이므로 애플리케이션마다 다릅니다.

이 요인들에는 (하지만 이에 국한되지 않고) 다음이 포함됩니다:

• 세척에 허용된 시간
• 사용된 세척액 (다른 금속은 다른 용액을 요구할 수 있음)
• 사용된 세척액 양
• 표백제 담그기 시간이 있는가
• 세척액 및/또는 물을 시스템에 몇 번이나 플러시할 수 있는가
• 사용된 물의 양 (샘플 부피의 약 100배가 일반적인 표준)
• 시스템 세척 및 린스 시 가해지는 압력

그러나 대량 테스트를 수행해야 수익성이 있는 대형 실험실 환경에서는 최소 캐리오버 달성이 더 어려울 수 있습니다.

또한 액체 분주 시스템은 내경(ID)이 50~100마이크론 정도로 작은 튜빙을 종종 사용하는데, 정밀 튜빙 자체의 특성이 캐리오버와 세척 공정 모두에 영향을 미칩니다.

튜브 단부 절단이 액체 분주 시스템의 캐리오버에 미치는 영향

이전 블로그에서 언급했듯, 튜브 끝이 어떻게 형성되는지가 액체 분주 시스템의 캐리오버 위험을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 예를 들어 분주 끝을 둥글게 마무리하면 마지막 방울 형성을 줄일 수 있지만, 분주되는 액체에 따라 위킹이 발생할 수도 있습니다.

또는 튜브 끝에 평평한 90도 컷오프 대신 날카로운 벽을 가진 더 각진 뾰족한 끝을 만들면 마지막 방울이 형성될 표면적을 줄일 수 있습니다. 그러나 다시 분주되는 액체에 따라 이 '뾰족한' 끝이 액체가 튜브에서 나오는 방식을 바꿔 테스트 정확도에 영향을 줄 수도 있습니다.

그러나 머리카락 굵기만큼 작은 직경의 정밀 튜빙에서는 깨끗한 단부 절단을 얻기 어려울 수 있습니다. 또한 절단 공정 중 튜브가 붕괴되지 않도록 특별한 주의가 필요합니다.

하지만 적절한 컷오프가 달성될 수 있다고 가정하면 (Metal Cutting Corporation의 전문 분야), 튜브 끝과 관련된 가능한 이슈들은 다음으로 해결할 수 있습니다:

• 분주될 특정 액체로 튜빙 테스트
• 현실적으로 아마도 원하는 결과의 전부는 아니지만 대부분을 달성하는 공정 식별

튜빙 내경이 유체 분주 시스템에 미치는 영향

일반적인 규칙은 튜빙 내경이 작을수록 유체 분주 시스템의 정확도가 더 좋아진다는 것입니다. 작은 내경이 더 빠른 선형 속도와 더 작은 '혼합 구역'을 생성하여 샘플 성분이 가능한 한 농축된 상태를 유지하게 하기 때문입니다.

이 분주 시스템에서 튜빙 내경의 가장 중요한 측면 중 하나는 표면 마무리입니다. 미국 금속학회(ASM)는 표면 마무리를 '최종 처리 결과로서의 표면 상태 및 측정된 표면 프로파일 특성, 선호 용어는 조도'로 정의합니다.

일반적으로 내경 표면이 거칠수록 캐리오버가 더 많을 수 있고, 우리는 4 ppb 달성이 더 어려워진다고 봅니다. 거친 튜빙 내경 표면에는 세척 공정의 효과에서 액체 잔여물을 보호할 수 있는 작은 '틈새'가 있기 때문입니다.

따라서 튜빙에 적절한 단부 절단(평평, 각진, 둥근 등)을 갖는 것 외에도 가능한 한 매끄러운 튜빙 내경 표면을 갖는 것이 한 샘플에서 다른 샘플로의 캐리오버 가능성을 더욱 줄이는 데 도움이 됩니다.

Ra 또는 RMS 값 6~8은 좋은 매끄러움 수준으로 간주됩니다. (산술 평균인 Ra는 평균 조도를 높이 단위(일반적으로 마이크론)로 표현한 것입니다. RMS는 Rq로도 알려져 있으며 Ra에 해당하는 제곱 평균 제곱근 값입니다.)

또한 튜빙 내경은 액체 분주 시스템에서 샘플이 얼마나 부드럽게 흐르는지 결정합니다. 표면 마무리의 결함은 액체가 튜브 밖으로 이동할 때 소용돌이, 와류, 버페팅을 초래할 수 있으며, 액체가 부드럽게 분주되는 것이 중요한 애플리케이션에서 문제를 일으킬 수 있습니다.

튜빙 외경이 액체 분주 시스템에 미치는 영향

튜빙 외경(OD)의 매끄러운 표면 마무리도 흡인(aspirating)이 필요한 테스트 공정에서는 중요합니다. 흡인은 튜브 전체가 액체 속으로 들어가 진공을 끌어당기는 과정입니다. 그러나 OD 표면 마무리는 분주 공정에서는 훨씬 덜 중요한 요소입니다.

마이크로 피펫팅 공정에서는 흡인과 분주 둘 다 수행하지만 보통 단일 액체만 다루며, 다음 조건이면 튜빙의 캐리오버는 덜 문제됩니다:

• 피펫이 디지털로 보정되어 정확한 양의 액체를 반복적으로 분주
• 분주 기구의 공차(예: ±2~3% 또는 ±5%) — 따라서 튜빙에 남을 수 있는 액체 양 — 가 고려됨

튜빙 내경 표면 마무리를 개선하는 방법은?

분주 채널 내벽의 어떤 변동도 액체 분주 시스템에 사용되는 공정에 영향을 미칠 수 있으므로, 깨끗하고 버프리한 내경을 갖는 것이 매우 중요합니다.

특정 길이와 사양의 튜빙을 선택하고 선택한 기계와 펌프로 테스트하여 올바른 샘플 재료 부피를 분주하는지 확인했다면, 튜빙 내경에 원하는 표면 마무리를 지정하지 않아 테스트 정확도를 위태롭게 하고 싶지는 않을 것입니다.

다행히 기술이 발전하여 액체 분주 시스템에 사용되는 매우 작은 정밀 튜빙의 내경 표면 마무리를 개선하는 여러 방법이 이제 있습니다. 몇 가지 옵션은 다음과 같습니다:

• 마이크로폴리싱 및/또는 패시베이션
• '브라이트 드로우(bright draw)' 공정을 통한 보어 향상
• 실리콘, PTFE, PSX 같은 코팅
• 연마 유동 가공 또는 익스트루드 호닝

튜빙의 단부 절단과 마찬가지로, 마무리 방법과 관련된 가능한 이슈들은 전체 목표와 현실적으로 최상의 결과를 낼 공정을 저울질해야 합니다.

예를 들어, 액체 분주 시스템에 사용되는 튜빙에 코팅하면 캐리오버 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 튜빙을 특정 시스템과 애플리케이션 요구 사항에 맞게 절단하면 코팅의 일부가 노출되어 효과가 떨어질 수 있습니다.

(이 부분에서 Metal Cutting은 코팅 튜빙을 코팅에 악영향 없이 절단하는 데 성공했으며, 특정 애플리케이션 테스트에서 결과가 검증되었습니다.)

튜빙 사양에 세심한 주의를 기울이세요!

액체 분주 시스템의 정확도에 영향을 미칠 수 있는 광범위한 요인들로 인해, 이러한 시스템에 사용되는 튜빙의 특성을 지정하는 것은 벅찬 작업처럼 보일 수 있습니다.

다행히 올바른 금속 튜빙 공급업체와 그 엔지니어링 팀은 귀하의 니즈를 충족하고 특정 애플리케이션에 비용 효율적인 절단 방법, 내경 표면 마무리, 기타 특징을 결정하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

3부에서는 고압이 액체 분주 시스템에 사용되는 정밀 튜빙에 미치는 영향을 읽어보세요. 또는 금속 튜빙 또는 기타 금속 부품 니즈에 대한 다양한 정밀 절단 옵션을 탐색하려면 무료 가이드 'Choose with Confidence: Comparing 2-Axis Cutting Methods'를 다운로드하세요.