A jövő okos laboratóriuma

Az modern laboratóriumban paradigmaváltás figyelhető meg. A laborfolyamatok növekvő komplexitásával az automatizálási megoldások elengedhetetlenné válnak. Az egyre növekvő jogi és szabályozási követelmények miatt szintén szükségessé válik az igény szerinti hálózatba kapcsolás. Az okos laboratóriumi eszközök a jövő laboratóriumának innovációs hajtóerői.

Integrált automatizálási és digitalizációs megoldásokat a szakértők a müncheni analitica kiállításon, 2016. május 10-13. között mutatnak be közvetlenül a felhasználóknak. Elméletben és gyakorlatban bemutatják az ehhez szükséges eszközöket, szoftver- és hálózati megoldásokat, amelyek az okos laboratórium alapját képezik.

A jövőbe mutató informatikai megoldások eddig soha nem látott lehetőségeket és kihívásokat nyitnak meg a laboratóriumban. A tökéletesen kifejlesztett automatizálási szintek és az integrált eszközmodulok dinamikus alkalmazhatóságot tesznek lehetővé, hatékony és reprodukálható, azaz validálható folyamatokat, holisztikus adatkezeléssel. Feladata a manuális folyamatok automatizált folyamatokra való átültetése, valamint a meglévő laborinformatikai rendszerek (LIMS) integrálása, hogy a laboratórium még hatékonyabbá váljon. Az intelligens laborrendszerek, az egyéni hálózatba kapcsolás és a laboratórium fenntartható integrációja nemcsak a rugalmasságot növeli, hanem jelentősen javítja a vállalat gazdaságosságát is.

Különösen a növekedésorientált ipari laboratóriumokban a cél a hatékonyság növelése, a struktúrák optimalizálása, a rugalmasság fokozása. A legfontosabb feltételek és sikertényezők a legkorszerűbb, nagy felbontású, kommunikációképes elemző rendszerek, a funkcionális automatizálási megoldások a reakcióparaméterek és a termékminőség biztosítására, valamint a gyors adat-hozzáférés és hatékony adatkezelés.

A jövő technológiái helyet foglalnak a laboratóriumi értékláncban. A digitalizáció növekedésével a jövő laboratóriumában különböző folyamatokat és struktúrákat újra kell gondolni. Ez az új fejlesztési szakasz komplex holisztikus automatizálási megoldásokat igényel. A hálózatba kapcsolható laboratóriumi eszközök száma, az úgynevezett okos funkciókkal, gyorsan növekedni fog. A 4.0 labor valósággá válik.

A jövő laboratóriuma megköveteli a laboratóriumi rendszerek korlátlan kommunikációs képességét. Cél, hogy folyamatos adat-hozzáféréssel különböző rugalmas kiegészítő funkciókat, akár felügyelt vizsgálati folyamatokat is biztosítson. Az intelligens modulok már ma is irányítják az eszközrendszereket, automatikusan bekapcsolják a laboratóriumi eszközöket, és szabályozzák a különböző folyamatokat. Például egy biztonsági szekrény automatikusan figyelheti és szabályozhatja a gyűjtőedények túlcsordulását, vagy kommunikálhat más szekrényrészekkel és eszközökkel. A laboratóriumi technológia különböző eszközeibe beépített kamerák intelligensen irányítják a környezetüket. A jövőben a laboratóriumi eszközök közötti kommunikáció folyamatosan növekvő jelentőséggel bír majd.

Az okos laboratórium egy új korszakot jelent a laboratóriumokban. A meglévő eszköztechnológiákat jövőképesvé kell tenni, a magas rendelkezésre állású adat hálózatok elengedhetetlenek. A hatalmas adatmennyiség értelmes kihasználása szükséges. A gyors és biztonságos hatalmas adatmennyiség átvitelt és IP-alapú hálózatokat gazdaságosan kell kezelni.

Híd a Life Sciences és az automatizálástechnika között

Andreas Traube, a Fraunhofer Iparfejlesztési és Automatizálási Intézet laborautomatizálási és bioprodukciós technológiai osztályának vezetője, új megközelítéseket fejlesztett ki a labor- és elemzési folyamatok hálózatba kapcsolására a mintakezeléstől a dokumentációig tartó értékláncban. Tapasztalatokat vitt át a LEAN menedzsmentből és a folyamatoptimalizációból a laborba, azzal a céllal, hogy növelje minden folyamat hatékonyságát és ezáltal a labor teljesítőképességét. A sikeres megvalósítással példamutató módon sikerült hidat építeni a Life Sciences és az automatizálástechnika között. „Biztosak vagyunk abban, hogy a Life Science laborok szervezeti és technikai megoldások összhangjával jelentősen hatékonyabbá tehetők. A Fraunhofer IPA egyedi megoldásokat kínál a teljes LEAN labor munkafolyamatára, és támogatja azok bevezetését, valamint technológiai fejlesztéseit” – magyarázza Traube.

„Az időben egyre személyre szabottabb termékek korát éljük. Ezért a laboratóriumok a termékek kutatásában és tesztelésében a különböző iparágakban alapvető tényezővé válnak a termékfejlesztés során” – jósolja Traube. „A laboratórium fő elemeinek, mint a laborfolyamatok, adatanalitika, eszközök és személyzet hálózatba kapcsolása a hatékony okos labor központi eleme” – magyarázza, és bepillantást ad a jövőbe. „A technológiai alapok már adottak. Ezek a technológiák a következő években masszívan befolyásolni és megváltoztatni fogják a laboratóriumokat!”

A 4.0 labor iparági nézőpontból

Alapvetően két típusú laboratórium különböztethető meg: az akadémiai kutatólabor és az ipari kutatási vagy minőségbiztosítási labor. Első esetben Dr. Frank Schleifenbaum, a Berthold Technologies marketingvezetője kisebb automatizálási igényről beszél, mivel a alkalmazások kevésbé szabványosak és ismétlődőek. Itt inkább a laborberendezések hálózatba kapcsolására helyezi a hangsúlyt, ami magában foglalhat egy automatizált vegyszerszerzés és laborfelszerelés beszerző rendszert, közvetlen adatcserét az elemzőeszközök között (LIMS), vagy teljesen automatizált laborkönyveket. „Egy ilyen integrációhoz megfelelő interfészek szükségesek hardverben, elektronikában és szoftverben” – mondja Schleifenbaum. „Ideális esetben minden eszköz rendelkezik hálózati hozzáféréssel és egy szabványos protokollon keresztül kommunikál, például SILA. A kutatási területen azonban mindig lehetőség kell, hogy legyen a felhasználónak beavatkozni a folyamatba. Egységes lábnyomok lehetnek az eszközök esetében. Például szabványosított méretek, meghatározott méret- és formátum-szabványok szerint, így a labor – például mozgatható asztalok segítségével – könnyen alkalmazkodhat a megfelelő munkafolyamathoz.” A gyártási és analitikai laboratóriumok igényei mások. Itt nem a rugalmasság, hanem a megbízhatóság, a kapacitás és a hibák elkerülése a fő szempont. „Mindenképpen szükség van automatizált mintakezelésre, az adatdokumentáció pedig teljesen automatikus legyen. Az egyes eszközök adatokat és mintákat cserélnek egymással, manuális beavatkozás nem szükséges. A szabványosított interfészek lehetővé teszik a laborok centralizálását és decentralizálását egyaránt. Komplex adatkiértékelések („Big Data”) átadhatók erőteljes számítási klasztereknek, az adatok központilag tárolhatók és összefüggéseikben értelmezhetők” – folytatja Schleifenbaum. A laborfolyamatok szabványosítása ellenére az egységes interfészek gyors lehetőséget adnak a laborok más rutinfeladatokra való átalakítására.

Big Data

A 4.0 labor lehetővé teszi nagy adatmennyiségek gyűjtését és összekapcsolását. „Ezért olyan innovációkra van szükség, amelyek automatizáltan és gyorsan képesek ezeket az adathalmazokat előállítani („High Throughput Screening” és „Big Data”). Az interfészeket azonban definiálni kell. Ehhez szabályozó hatóságok kötelező előírásai szükségesek. Egy laza laborberendezés-gyártói konzorcium valószínűleg nem lesz elegendő” – mondja Schleifenbaum. „Az adatvédelem kiemelt kérdés lesz, amelyhez a hálózati technológia alkalmazkodik. Az eszközök közötti kommunikációnak olyan egyszerűnek kell lennie, hogy a felhasználó saját maga tudja létrehozni és módosítani. Az automatikus adatkiértékelésnek tanuló képességgel kell rendelkeznie, azaz önállóan kereshet összefüggéseket, és felismerheti, ábrázolhatja az összefüggéseket. Ez nem a felhasználó kézi beavatkozását helyettesítené, hanem kiegészítené azt. Schleifenbaum szerint ez a felhasználónak egy rugalmas laborkörnyezetet biztosít, amely egyéni igények szerint alakítható, miközben növeli az elemzések minőségét és lehetővé teszi nagyobb adatmennyiségek automatikus gyűjtését, szervezését és értékelését.”

Ágazatspecifikus megoldások az analitica müncheni kiállításon

A 2016. május 10-13. között megrendezett analitica kiállításon több mint 1100 kiállító mutat be új termékeket és módszereket – többek között a jövő laboratóriumát is. Dr. Gunther Wobser, a LAUDA ügyvezető igazgatója szerint a 4.0 labor kihívása abban rejlik, hogy „az eszközök kommunikálni tudjanak egymással”. A LAUDA ehhez termosztátokat és körpárásítókat kínál különböző interfészekkel. Ingyenesen biztosítunk illesztőprogramokat integrált laborautomatizálási rendszerekhez, és távoli karbantartással gondoskodunk a folyamatos rendelkezésre állásról. „Az analitica kiállításon bemutatunk egy újdonságot. Nagy eszközinnovációnk a PRO. Elsőként kínálunk optimalizált termosztátokat fürdőalkalmazásokhoz és külső alkalmazásokhoz szigetelt termosztátokat. Az irányítópult teljesen független a termosztáttól, és rugalmasan elhelyezhető ott, ahol szükség van rá” – mondja Wobser.

Ezenkívül a nexygen® második nyilvános bemutatóját tartja az analitica kiállításon, és bemutatja a jövő laboratóriumának ötleteit és fejlesztéseit. A nexygen® – THE NEXT GENERATION LAB egy kezdeményezés a Köttermann, Memmert, Hirschmann, 2mag és Sartorius cégektől. A német márkagyártók, akik laboratóriumi termékeket és szolgáltatásokat kínálnak, felismertek olyan trendeket, mint a miniaturizáció, az automatizálás, a laborfelület optimális kihasználása, a működési költségek csökkentése, az eszközök közötti egyszerű adatcsere, valamint a rugalmasság és mobilitás növelése.

Összegzés

A 4.0 labor forradalmasítja a laboratóriumi világot a mintakezeléstől az adatkezelésig, és új megközelítéseket tesz lehetővé a személyre szabott folyamatokban. A Big Data, a felhőalapú számítástechnika, a dolgok internete és a mobil internet a jövőben döntő szerepet játszanak a fenntartható növekedés biztosításában.