Esettanulmány mutatja: Robotok a nanorészecske-gyártásban – megbízható, gyors és biztonságos

Esettanulmány »Robotizált részecskegyártás« bemutatja az előnyöket a rutinfeladatokban. © Fraunhofer ISC / Esettanulmány a robotizált részecskegyártásról, amely előnyöket mutat a rutinfeladatokban. © Fraunhofer ISC

Az eddig laborban órákig tartó, kellemetlen várakozási idők és sok hibalehetőség mellett működő folyamatokat most egy robot rövidebb idő alatt elvégzi, jól digitalizált dokumentációval és magas reprodukálhatósággal. A szintézisfolyamatok automatizálása nanopartikulumok esetében mérföldkő lehet az új terápiás és diagnosztikai orvostechnikai eszközök alkalmazásában – és egyben növeli a munkabiztonságot, valamint tehermentesíti a magasan képzett laboratóriumi személyzetet az ismétlődő rutinfeladatoktól.

A biofunkcionalizált nanodiagnosztikai és -terápiás eszközöket már régóta egy szinte forradalmi szerep várja a jövőben a súlyos betegségek, például a rák elleni küzdelemben. Funkcionális nanopartikulumok, speciális optikai vagy mágneses tulajdonságokkal, biofunkcionális felületekkel az antigének felismerésére és/vagy hatóanyagok kötésére, egyre nagyobb keresletet mutatnak a biomedicinában. Azonban ahhoz, hogy normálisan orvostechnikai eszközként alkalmazhatók legyenek, szigorú követelményeknek kell megfelelniük. Elsősorban a nanopartikulumok megbízható reprodukálhatósága a lényeg, azaz pontosan az elvárt tulajdonságokkal kell rendelkezniük. Ehhez nemzetközi szabványok szerint robusztus és precíz gyártási folyamatra van szükség, amely skálázható, ideálisan költséghatékony és bármikor irányítható, hogy a lehető legmagasabb minőséget biztosítani lehessen.

Ezzel szemben állnak a rendszerint manuális szintézis- és feldolgozási folyamatok, amelyeket kis léptékben, nagy szakértelemmel rendelkező laboratóriumokban végeznek. Még tapasztalt szakemberek esetében is előfordulhatnak eltérések vagy különböző értelmezések a szintézis protokollokban. Nagyobb mennyiségben nanopartikulumokat gyártani gyakran több lépésben kell, ami szintén hibalehetőségeket rejt magában. Emellett a dokumentációs előírások alapos feljegyzést követelnek minden releváns gyártási részletről, ami szintén időt vesz igénybe.

A Fraunhofer Silikatkutató Intézet (ISC) tapasztalt anyagkutató intézményként felismerte a lehetőséget az automatizálásra a részecskeszintezis területén. A Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (BMBF) támogatásával megvalósuló APRONA nevű konzorcium keretében már kifejlesztettek és megvalósítottak szintézis protokollokat egy robot által vezérelt, teljesen automatikus gyártási folyamatra.

A APRONA projekt befejezése után a rendszert a Fraunhofer ISC és a Goldfuß engineering GmbH partnerei egy esettanulmányban tesztelték, közvetlen összehasonlítva tapasztalt laborerőkkel. Ugyanazokat a szintéziseket végezték manuálisan, mint a laborrobot. Modellként szilícium-dioxid részecskéket választottak, 275 nanométeres átmérővel, amelyeket diagnosztikai vagy terápiás célokra is alapként használnak. A manuális szintézist három különböző tapasztalt laboratóriumi dolgozó a meghatározott Standard Operating Procedure (SOP) szerint végezte. Ugyanez a SOP volt az alapja a kétkarú robot szintézis protokolljának is. Az értékelés során a teljes szintézis időtartamát, a részecskék méreteloszlását, valamint a reprodukálhatóságot vagy a célértékektől való eltérést a részecskeméret és a polidiszperzitás tekintetében vizsgálták – ez utóbbi a szintézis során keletkező részecske tulajdonságok változatosságát jelenti. Az eredmények szerint a „Kollega Robot” mindhárom területen jobban teljesített: az automatikusan gyártott részecskék szállítmányai kisebb abszolút eltérést mutattak, valamint alacsonyabb polidiszperzitással rendelkeztek a kívánt tulajdonságok tekintetében. Emellett a robot csak körülbelül a felét vette igénybe az elkészítéshez szükséges időnek. A robot által támogatott gyártás további előnyöket is kínál. Növeli a munkabiztonságot, mivel a közvetlen kontaktus az ember és a vegyszerek között szintén csökken. A dokumentáció automatizált és digitális, ami rendkívül fontos az adatok gyűjtése, elemzése és a szabályozási követelmények szempontjából.

Nyilvánvaló, hogy az automatizált részecskeszintezis nemcsak lehetséges, hanem gazdaságilag is érdekes. A Fraunhofer ISC és a Goldfuß által felépített berendezés moduláris, így rugalmasan alkalmazható új feladatokra is. Ez jó hír nemcsak a kereskedelmi gyártóknak és beszállítóknak, akik diagnosztikai eszközökhöz vagy kontrasztanyagokhoz nanopartikulumokat gyártanak, hanem a gyógyászat kutatásának és orvostechnikai fejlesztéseknek is.