Automatizované laboratorní testy s roboty

Speciálně vyvinutý robot pro laboratorní automatizaci je dvouruční robot Motoman CSDA10F od Yaskawy. (Zdroj: Yaskawa) / Robot speciálně vyvinutý pro laboratorní automatizaci je dvouruční robot Motoman CSDA10F od Yaskawy. (Zdroj: Yaskawa)

Speciálně vyvinutý robot pro laboratorní automatizaci je dvouruční robot Motoman CSDA10F od společnosti Yaskawa. (Zdroj: Yaskawa) / Robot speciálně vyvinutý pro laboratorní automatizaci je dvouruční robot Motoman CSDA10F od společnosti Yaskawa. (Zdroj: Yaskawa)

Pro částečnou automatizaci manipulace je zapotřebí kolaborativní robot, který může být používán v přímém kontaktu s člověkem. (Zdroj: Yaskawa) / A collaborative robot is required for partial automation of handling tasks. It can be used in direct contact with humans. (Source: Yaskawa)

Pro částečnou automatizaci manipulace je nutný kolaborativní robot, který může být používán v přímém kontaktu s člověkem. (Zdroj: Yaskawa) / A collaborative robot is required for partial automation of handling tasks. It can be used in direct contact with humans. (Source: Yaskawa)

V aktuálním vývojovém projektu je s CSDA10F prováděno přibližně dvanáct procesů pro plně automatickou výrobu nanopartiklů v řadě. (Zdroj: Goldfuss Engineering GmbH)

V aktuálním vývojovém projektu se s CSDA10F provádí přibližně tucet procesů pro plně automatickou výrobu nanopartiklů v řadě. (Zdroj: Goldfuss Engineering GmbH)

Roboti mohou v laboratoři plnit mnoho úkolů a tím urychlit procesy. (Zdroj: Yaskawa) / Roboti mohou v laboratoři plnit mnoho úkolů a tím urychlit procesy. (Zdroj: Yaskawa)

Současná situace ukazuje: Zdravotnictví rychle narazí na své hranice, pokud chybí kapacita laboratoří nebo pokud stávající testovací zařízení nejsou dostatečně flexibilní pro různé varianty testů nebo nové, upravené testovací metody. V této situaci představují laboratorní roboti cennou alternativu k manuálnímu provádění testů.

V průmyslu jsou roboti již dlouho etablovaní. Ale i v laboratořích se začíná prosazovat automatizace. Ve výzkumu a vývoji (farmacie, chemie, life science a bio- a nukleární medicína), v krevní analytice nebo v individuální kosmetice se již několik let úspěšně používají robotická řešení, která jsou tak flexibilní a univerzálně použitelná, že jsou vhodná i pro klinické infekční testy. Kromě odlehčení laborantů nabízí robot vynikající a opakovatelnou procesní stabilitu a kvalitu.

U roboticky podporované automatizace laboratorního procesu jsou v zásadě dvě možnosti:

a) Částečná automatizace, při níž robot opakovaně provádí manipulace, které vykonává laborant, a tím odlehčuje personál. Robot přebírá manipulační úkoly, zatímco řízení procesu zůstává na laborantovi nebo analyzačním automatu.
b) Kompletní automatizace testovacího procesu, včetně přípravy vzorků, pipetování, provádění testů a obsluhy všech analytických přístrojů robotem. Robot přebírá řízení procesu i manipulační úkoly. Snaží se vybudovat co nejuniverzálnější standardní pracovní buňky, s dvouramenným robotem jako centrálním prvkem, který lze přestavět na libovolné laboratorní vybavení a flexibilně přeprogramovat. Takové řešení může autonomně a s nejvyšší přesností a opakovatelností provádět laboratorní procesy 24 hodin denně.

Jak rychle jsou roboticky podporovaná automatizační řešení nasaditelná?

V případě částečné automatizace, tedy když je robot dodatečně vybaven pro manipulaci, je to s kolaborativními roboty velmi rychlé. Návrh a instalace plně automatizované robotické buňky však trvá několik měsíců. Pokud je však taková standardní robotická buňka již nainstalována, příslušná laboratorní a analytická zařízení jsou kolem robota postavena a časem vznikne knihovna pohybových vzorů, „pak je možné takové buňky rychle a snadno přeprogramovat pro nové úkoly“, říká Thomas Goldfuss, jednatel společnosti Goldfuss Engineering, která již realizovala několik laboratoří s roboty od Yaskawy pro významné zákazníky.

Rychlé řešení: Částečná automatizace manipulace pomocí kolaborativního robota

Pro krátkodobé odlehčení laborantů může pomoci částečná automatizace manipulace na stávajících manuálních testovacích stanicích. Robot přebírá opakující se pohyby a tím odlehčuje kvalifikovanému personálu. K tomu se hodí kolaborativní robot, který může být v přímém kontaktu s člověkem a nemusí být oplocen bezpečnostním plotem.

Takovým robotem je například MRK-kompatibilní Motoman HC10DT od Yaskawy. Pro použití v laboratoři jsou vhodné především dvě varianty šestiosého robota: IP67 verze HC10DT IP67, která je odolná proti prachu i vodě, a hygienicky vhodná HC10DTF, jejíž provozní kapaliny a maziva mají potravinářskou certifikaci.

S metodou Direct Teach (DT) jednoduše vedete robotickou ruku od bodu k bodu v pohybové sekvenci. Pomocí přednastavených tlačítek na robotu určujete, zda má být uchopovač otevřen nebo zavřen na dané pozici. Tuto sekvenci uložíte do knihovny a robot ji může opakovat libovolně často. To zvládne i obsluha, která není robotickým programátorem.

Plně automatická robotická pracovní stanice – s dvouramenným laboratorním robotem CSDA10F

Speciálně vyvinutý robot pro laboratorní automatizaci je dvouramenný robot Motoman CSDA10F od Yaskawy. Díky lidské podobnosti a dvěma ramenům, která mohou vykonávat jak samostatné, tak synchronizované pohyby, je díky multifunkčním nástrojům a uchopovačům velmi univerzálně použitelný. Pracuje s téměř jakýmkoli standardním laboratorním vybavením, například s Petriho miskami, ručními pipetami, inkubátory nebo reakčními nádobami. Automatizační vybavení, jako jsou pipetovače s drahými špičkami nebo mikrotitrátové desky, je sice užitečné pro zvýšení průtoku, ale není nezbytné.

Stávající analytické přístroje jsou připojeny přes jejich softwarové rozhraní tak, jak jsou, i když nebyly původně určeny pro klasickou automatizaci. Například drahé systémy pro manipulaci s tekutinami – s jejich nákladným spotřebním materiálem – nejsou nutné, protože robot může tyto úkoly přímo převzít. Ve své laboratoři může robot vykonávat řadu úkolů, které dříve vykonával člověk, například otevírání a zavírání libovolných reakčních nádob (nemusí jít vždy o mikrotitrační desky), pipetování, dávkování kapalin nebo prášků, přípravu živných roztoků špachtlemi, nastavování a vyndávání vzorků nebo otevírání, plnění a zavírání reakcí, a obsluhu zařízení jako centrifugy, shaker nebo inkubátory. CSDA10F je vhodný pro složité, standardizované testovací postupy podle daných protokolů, které byly původně určeny pro manuální provádění. Také v oblasti vývoje procesů, například pro definici, zabezpečení a optimalizaci kroků před zvýšením průtoku v pozdější výrobní linii, je dvouramenný robot CSDA10F zajímavým řešením. Ve větších instalacích je již v Japonsku používán ve vývoji biomedicínských léků (vývoj protinádorových léků) a v chemické analýze (příprava vzorků).
CSDA10F je založen na robotovi, který již uspěl v průmyslové automatizaci. V této nové verzi byl speciálně navržen tak, aby splňoval hygienické požadavky v laboratořích, například díky speciálně odolnému nátěru, omyvatelnému hygienickému designu, sterilizaci H2O2 a čistotě podle normy ISO 14644-1.

Rozsah použití tohoto inovativního robota je díky jeho vysoké flexibilitě široký – dokáže rychle a snadno naučit úplně nové pracovní postupy. Mnoho charakteristických pohybů (pipetování, otevírání/zavírání „Eppi“, manipulace s mikrotitračními deskami, otevírání/zavírání inkubátorů, otevírání lahví šroubovými uzávěry) již bylo standardizováno a je uloženo jako moduly v knihovně pohybů. Rozhraní člověk/robot pro obsluhu a vizualizaci lze realizovat přes PC nebo dotykový panel. HMI může být individualizováno nebo připojeno k existujícímu softwaru pro plánování pracovních toků (například SAMI-EX od Beckman Coulter). Jakmile jsou pohybové programy uloženy v knihovně, nemusí být obsluha robotickým expertem; pouze sestavuje a parametrizuje jednotlivé kroky požadovaného pracovního postupu.

Závěr

Dříve byla klasická automatizace v laboratořích často považována za příliš neflexibilní a příliš těžkopádnou. Dnes jsou však dostupné snadno ovladatelné modely robotů, které jsou schopny vykonávat řadu různých laboratorních činností. Mohou převzít práce, které jsou pro člověka příliš nebezpečné nebo příliš monotónní. Použití robotů navíc zaručuje i při zpracování velkého počtu vzorků přesnou reprodukovatelnost výsledků práce. Laboratorní automatizace však nejenže šetří čas a náklady, zvláště při vysokých průtocích, ale díky nedostižné vysoké přesnosti vytváří nové předpoklady pro výzkum výchozích látek, jejichž výroba dosud nebyla dostatečně procesně bezpečná nebo reprodukovatelná.