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Pricing pressures, intense competition and strict regulatory demands are challenging scientists and researchers in the fast growing, highly‐regulated pharmaceutical, life science, biochemical, industrial and environmental industries to make important breakthroughs faster and more efficiently.
La productivité accrue des laboratoires scientifiques est devenue primordiale pour la réussite des entreprises. Waters Corporation, l'un des principaux fabricants d'instruments de chromatographie liquide haute performance, de spectromètres de masse, d'analyseurs thermiques et d'instruments de rhéologie, comprend parfaitement cette pression. En tant que fournisseur majeur de laboratoires d'analyse du monde entier, Waters est connu pour son engagement constant à fournir des solutions innovantes qui aident les clients à mieux comprendre les secrets de la chimie et de la vie elle-même.
Contexte : La création d'une nouvelle catégorie en science de la séparation
La réputation de la société en tant que créateur de technologies pionnières a été récemment illustrée par la sortie d’ACQUITY Ultra Performance Liquid Chromatography™ (UPLC), une nouvelle catégorie de la science de la séparation.
UPLC représente une amélioration révolutionnaire par rapport à la chromatographie liquide haute performance (HPLC), la technique de séparation chimique largement acceptée. En offrant une résolution, une sensibilité et une vitesse accrues, UPLC améliore considérablement la productivité et fournit aux scientifiques beaucoup plus d'informations en une seule analyse.
Le nouveau système utilise la puissance des particules de 1,7 micron pour offrir aux laboratoires un débit jusqu'à neuf fois plus élevé, une sensibilité de routine trois fois plus élevée et une résolution ou une capacité de crête deux fois plus élevée que ce que les instruments HPLC actuels peuvent atteindre avec des particules plus grosses.
De plus, le processus UPLC réduit le temps et le coût par échantillon du processus analytique : au lieu d’une minute pour analyser chaque échantillon, le système UPLC de Waters réduit le temps d’analyse minimum à 15 secondes à peine. Cette réduction de 75 % par échantillon, multipliée par les millions d'échantillons analysés en laboratoire typique, se traduit par un gain de temps considérable et une amélioration des processus.
Comme pour la plupart des produits révolutionnaires, le développement d'UPLC ne s'est pas fait sans défis, mais a plutôt nécessité une collaboration considérable à plusieurs niveaux.
Défis de la conception : Atteindre des performances élevées avec un faible encombrement Si les performances du système ACQUITY étaient certainement au premier plan pour les ingénieurs de Waters qui ont développé le produit, ce n'était pas leur seul critère de conception. La direction a envisagé un système qui aurait un encombrement beaucoup plus petit que les systèmes HPLC traditionnels, garantissant ainsi qu'il occuperait moins d'espace de paillasse, précieux pour un laboratoire. Cette empreinte compacte garantissait également que les utilisateurs pouvaient plus facilement empiler et organiser les différents modules. Les ingénieurs concepteurs espéraient que le système de base complet se composerait d'un gestionnaire d'échantillons, d'un des nombreuxdétecteurs UPLC et d'une pompe haute pression. Plusieurs mises à niveau seraient également disponibles, y compris un organisateur d'échantillons de grande capacité.
Pour atteindre cet objectif, il faudrait utiliser des composants internes plus petits à la fois dans l'unité principale et dans le module optionnel, qui contient 21 plaques d'échantillons supplémentaires. Les efforts initiaux pour créer les pièces requises n'ont pas donné les résultats escomptés, selon Ken Plant, un ingénieur principal du projet Waters ULPC.
« Nous avons d'abord tenté de concevoir une solution maison, une adaptation d'un mécanisme que nous avions développé il y a environ huit ans », a-t-il expliqué. « Ce mécanisme a créé un mouvement XYZ pour remplacer notre traditionnel mouvement Z / Rotationnel et nous avait plutôt bien servi dans nos anciens modèles. Cependant, ce système de poulies et de courroies standard ne pouvait tout simplement pas être inséré dans le plus petit encombrement que nous recherchions. Si cela devait arriver, nous savions que cela nécessitait une réflexion vraiment « hors des sentiers battus ».
« Plus spécifiquement, il est devenu clair que dans nos efforts pour produire ce mécanisme compact, nous pourrions bénéficier de l’utilisation de ressources extérieures spécialisées. »
Solution : Contrôle de mouvement personnalisé de Kerk L'un des collègues de Plant avait travaillé avec une société appelée Kerk Motion Products lorsqu'il était impliqué dans l'industrie de l'automatisation, et il pensait que Kerk pourrait être en mesure d'offrir la combinaison optimale de fiabilité et de miniaturisation pour ce mécanisme.
Après avoir consulté les ingénieurs de Waters, Kerk a présenté à Waters des composants qui permettaient aux ingénieurs de produire un gestionnaire d'échantillons - le cœur du système UPLC - qui répondrait aux exigences de taille réduite de l'entreprise et produirait la vitesse et les performances accrues qui étaient si vitales pour le concept UPLC.
« Nous avons envisagé plusieurs fournisseurs, mais Kerk avait le meilleur ensemble de données de performance », a déclaré Plant. « Alors que d’autres fournisseurs vendent des produits de base, les produits Kerk permettent une personnalisation et une flexibilité inégalées pour répondre aux besoins des clients. Nous avons été impressionnés que Kerk soit disposé à travailler avec nos ingénieurs pour personnaliser leurs composants et s'assurer qu'ils s'intégreraient dans notre système. »
Kerk reconnaît rapidement la créativité démontrée par les ingénieurs de Waters. « Chez Kerk, nous sommes fiers d'être un fournisseur de solutions innovantes », déclare Bob Hawkins, ingénieur d'applications chez Kerk. « Waters a utilisé efficacement nos produits et ressources et a trouvé une solution vraiment remarquable à un défi de conception difficile. »
Dans le gestionnaire d'échantillons, les composants Kerk sont utilisés pour piloter le mécanisme robotique XYZ qui retient l'aiguille qui prélève des échantillons liquides de chaque plaque d'échantillons.
Pour réaliser les mouvements « X » et « Y », le bras ACQUITY incorpore une vis-mère Kerk ¼ de pouce et deux écrous Kerk spécialement adaptés, et le mouvement « Z » est obtenu par le biais de deux arbres cannelés Kerk et douilles cannelées.
Dans l'organiseur d'échantillons en option, une vis-mère de ½ pouce et un écrou anti-jeu sont utilisés pour produire le mouvement de l'axe Z, permettant au robot de transporter jusqu'à 21 plaques d'échantillons dans les deux sens vers le gestionnaire d'échantillons.
Les arbres cannelés, parallèles les uns aux autres et dotés de douilles cannelées personnalisées, fournissent un mécanisme d'entraînement pour deux axes de mouvement. Ce sont d’excellentes alternatives pour les applications où les arbres hexagonaux ou carrés sont utilisés (le mécanisme d’origine de Waters utilisait des arbres carrés). L'ensemble utilise des arbres cannelés en acier allié léger traités avec le revêtement exclusif Kerkote® TFE à faible frottement de Kerk couplé à des coussinets en polymère composite Kerkite®.
Ce qui a rendu les composants Kerk si attrayants, ce n’était pas juste les performances ou la taille. « Les produits de Kerk offrent une durée de vie extrêmement longue », a déclaré Plant. « C'était une considération cruciale, car nos systèmes de chromatographie doivent fonctionner à un très haut niveau de fiabilité. La disponibilité continue est très importante pour la plupart de nos clients. »
Résultats : Les bonnes choses se présentent dans de petits emballages Le lancement de l’UPLC a été un énorme succès, recevant les éloges d’innombrables clients, dont certains des sociétés pharmaceutiques les plus prestigieuses au monde.
« Le système ACQUITY UPLC deviendra bientôt le premier choix pour le développement de méthodes de LC rapide dans l'industrie pharmaceutique », a déclaré le Dr Anton D. Jerkovich de Novartis Pharmaceuticals Corporation, un client de Waters.
Le succès du système ACQUITY se reflète également dans les chiffres de vente : Waters a vendu 1000 unités de base et prévoit de doubler ce nombre en 2006.
Cela prouve une fois de plus que les bonnes choses - dans ce cas, avec l'aide de Kerk Motion Products - se présentent effectivement dans de petits emballages.