Automatizált laboratóriumi tesztek robotokkal

Egy kifejezetten laborautomatizálásra kifejlesztett robot a Yaskawa Dual-Arm Motoman CSDA10F robotja. (Forrás: Yaskawa)

Egy kifejezetten laborautomatizálásra kifejlesztett robot a Yaskawa által gyártott kétkarú Motoman CSDA10F robot. (Forrás: Yaskawa)

A kezelési feladatok részleges automatizálásához kollaboratív robot szükséges. Közvetlen kontaktusban használható emberekkel. (Forrás: Yaskawa)

A kezelési feladatok részleges automatizálásához kollaboratív robot szükséges, amely közvetlen kapcsolatban állhat az emberrel. (Forrás: Yaskawa)

Egy jelenlegi fejlesztési projektben a CSDA10F segítségével körülbelül egy tucat folyamatot hajtanak végre sorban a nanopartikulumok teljesen automatikus gyártására. (Forrás: Goldfuss Engineering GmbH)

Egy aktuális fejlesztési projektben a CSDA10F segítségével körülbelül egy tucat folyamatot hajtanak végre sorban a nanopartikulumok teljesen automatikus gyártásához. (Forrás: Goldfuss Engineering GmbH)

A robotok sok feladatot képesek elvégezni a laborban, és ezzel felgyorsíthatják a folyamatokat. (Forrás: Yaskawa) / Robots can perform many tasks in the lab and speed up processes. (Source: Yaskawa)

A jelenlegi helyzet azt mutatja: az egészségügy gyorsan eléri a határait, ha hiányzik a laborkapacitás, vagy ha a meglévő teszt-berendezések nem elég rugalmasak a tesztváltozatok vagy az új, módosított tesztelési eljárások számára. Ebben a helyzetben a laborrobotok értékes alternatívát kínálnak a manuális tesztelés helyett.

Az iparban a robotok már régóta be vannak vezetve. De a laboratóriumi környezetekben is egyre inkább megjelenik az automatizálás. Kutatás-fejlesztésben (gyógyszerészet, kémia, élet tudományok, bio- és nukleáris orvostudomány), véranalitikában vagy egyéni kozmetikai termékek gyártásában már évek óta sikeresen alkalmaznak olyan robotmegoldásokat, amelyek olyan rugalmasak és univerzálisan felhasználhatók, hogy klinikai fertőzésvizsgálatokhoz is alkalmasak. A labor személyzet tehermentesítése mellett a robot kiváló, ismétlődő folyamatstabilitást és minőséget biztosít.

A robotokkal támogatott automatizálás két alapvető lehetőséget kínál:

a) Részleges automatizálás, amikor a robot ismétlődő kezelési feladatokat végez a labor személyzet helyett, ezzel tehermentesítve őket. A robot átveszi a kezelési feladatokat, a folyamatirányítás azonban a labor személyzet vagy a analizáló automata feladata marad.
b) A tesztelési folyamat teljes automatizálása, beleértve a minták előkészítését, pipettázást, tesztelést, valamint az összes analizáló eszköz kezelése a robot által. A robot átveszi a folyamatirányítást és a kezelési feladatokat. Ilyenkor a lehető leguniverzálisabb standard munkacellákat építik ki, kétkarú robotot központi elemként, amelyet bármilyen laborberendezésre át lehet alakítani és rugalmasan programozni. Egy ilyen megoldás 24 órában, önállóan és a legmagasabb precizitással, ismétlődő pontossággal képes végrehajtani a laborfolyamatokat.

Milyen gyorsan alkalmazhatók a robotok által támogatott automatizálási megoldások?

Gyors megoldás: részleges kezelési feladat-automatizálás kollaboratív robotokkal

Rövid távon a labor személyzet tehermentesítésére egy meglévő manuális tesztállomáson végzett részleges automatizálás segíthet. A robot ismétlődő mozgásokat végez, ezáltal tehermentesítve a képzett labor személyzetet. Erre egy kollaboratív robot alkalmas, amely közvetlenül az emberrel dolgozik, és védőkerítés nélkül is működhet.

Ilyen robot a Yaskawa MRK-kompatibilis Motoman HC10DT. Két változatuk különösen alkalmas laboratóriumi alkalmazásra: az IP67 védettségű, por- és vízálló HC10DT IP67, valamint a higiénikus kivitelű HC10DTF, amelynek anyagai élelmiszeripari engedéllyel rendelkeznek.

A Direct Teach (DT) módszerrel egyszerűen a robotkar ponttól pontig mozog, egy mozgássorozatban. A roboton elhelyezett előre programozott gombok segítségével meghatározható, hogy a fogó nyitva vagy zárva legyen-e egy adott pozícióban. Ezt a mozgássorozatot egy könyvtárban tárolják, és a robot bármikor ismételheti. Ezt akár egy nem robotprogramozó kezelő is el tudja végezni.

A kétkarú laborrobot, CSDA10F, teljesen automatizált munkapadja

Egy kifejezetten laborautomatizálásra fejlesztett robot a Yaskawa Motoman CSDA10F kétkarú robotja. Emberhez hasonló testalkatával és két karjával, amelyek egyedülállóan vagy szinkronban is végezhetnek mozgásokat, rendkívül sokoldalúan alkalmazható multifunkcionális szerszámokkal és fogókkal. Szinte bármilyen standard laborberendezéssel kompatibilis, és képes kezelni a hagyományos laborfelszereléseket, mint például petri csészék, kézi pipettázók, inkubátorok vagy reakcióedények. Az automatizáláshoz szükséges eszközök, például pipettázók drága csúcsokkal vagy mikrotiterlemez-állomások nem feltétlenül szükségesek, de segítenek a nagyobb átviteli sebesség elérésében.

A meglévő analizáló eszközöket, azok szoftveres csatlakozásával együtt, úgy lehet átvenni, ahogy vannak, még akkor is, ha eredetileg nem optimalizálták őket a klasszikus automatizálásra. Például a drága folyadékkezelő rendszerek – a költséges fogyóanyagokkal – nem feltétlenül szükségesek, mivel a robot közvetlenül átveheti ezeket a feladatokat. Laborállomásán a robot számos feladatot végezhet, amelyek eddig az ember feladatai voltak, például bármilyen reakcióedény nyitása és zárása (nem mindig mikrotiterlemez), pipettázás, folyadékok vagy porok adagolása, táptalajok készítése spatulákkal, minták beállítása és kivétele, valamint reakcióedények nyitása, töltése és zárása, továbbá berendezések kezelése, mint centrifugák, rázók vagy inkubátorok. A CSDA10F kiválóan alkalmas összetett, szabványosított tesztelési folyamatokra, amelyek eredetileg manuális végrehajtásra készültek. Kutatás-fejlesztésben, például a folyamatlépések meghatározásában, biztosításában és optimalizálásában a későbbi gyártási lépcsőben való alkalmazásuk során is érdekes megoldás lehet. Nagyobb telepítéseknél már Japánban is használják biomedicinális szintézisben (rákkészítmények fejlesztése) és kémiai analitikában (minták előkészítése).
A CSDA10F egy ipari automatizációban már bizonyított robotra épül, de ebben az új változatban kifejezetten a higiéniai követelményekhez lett tervezve, például különösen ellenálló bevonattal, mosható higiénikus kialakítással, H2O2 sterilizációval és ISO 14644-1 szerint tisztatéri megfelelőséggel.

Az innovatív robot alkalmazási területe széles, köszönhetően magas rugalmasságának – gyorsan és könnyen tanulhat teljesen új munkafolyamatokat. Sok jellemző mozgás (pipettázás, „Eppi” nyitás/zárás, mikrotiterlemez kezelése, inkubátor nyitás/zárás, palackok csavarzárjainak nyitása/zárása) már szabványosított, és szükség szerint moduláris formában elérhető a mozgáskönyvtárban. Az ember-robot interfész, a kezelőfelület és a vizualizáció PC vagy érintőképernyő segítségével valósítható meg. A HMI lehet egyedileg testreszabott, vagy csatlakoztatható meglévő munkafolyamat-szoftverekhez (pl. Beckman Coulter SAMI-EX). Miután a mozgásprogramok bekerültek a könyvtárba, a kezelőnek nem kell robotprogramozó szakértőnek lennie; csupán a kívánt munkafolyamat egyes lépéseit komponálja és paraméterezi.

Összegzés

A laboratóriumi klasszikus automatizálás eddig gyakran túl rugalmatlannak és túl merevnek számított. Ma azonban elérhetők olyan könnyen kezelhető robotmodellek, amelyek képesek számos különböző laboratóriumi feladat elvégzésére. Ezek a robotok átvehetik azokat a munkákat, amelyek az ember számára túl veszélyesek vagy túl monotonok. A robotok alkalmazásával még nagyobb minták esetén is biztosítható a munka eredményességének pontos reprodukálhatósága. A laborautomatizálás nemcsak időt és költséget takarít meg, hanem a páratlan precizitás révén új lehetőségeket teremt a kiindulási anyagok kutatásában, amelyek eddig nem voltak megfelelően folyamatbiztosak vagy reprodukálhatók.