BioSensoLab - Biologisch laboratorium om mee te nemen

Mobiele laborunit met geïntegreerde hijseinrichting voor standaard vrachtwagenchassis. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel / Mobiele laborunit met geïntegreerde hijseinrichting voor een standaard vrachtwagenchassis. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel

Twee modulaire klasse II veiligheidswerkbanken voor BSL-2 werkzaamheden. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel / Two modular class II safety workbenches for BSL-2 work. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel

Het laboratorium biedt ruimte voor maximaal zeven volledige werkplekken. © Fraunhofer IBMT, Markus Michel

Onderzoekers van het Fraunhofer-Instituut voor Biomedische Technologie IBMT hebben het mobiele biologische laboratorium »BioSensoLab« ontwikkeld, waarmee ze klanten nieuwe ontwikkelingen kunnen presenteren en gezamenlijk testen – ter plaatse in het bedrijf. Bij deze nieuwe technologieën gaat het vooral om intelligente sensoren, gekoppeld aan een analyse door Kunstmatige Intelligentie.

« Never change a running system » – dat geldt vooral voor bedrijven. Voordat ze nieuwe methoden in hun lopende productie opnemen en daarmee het risico lopen dat de fabrieken stilvallen, moeten de procedures uitgebreid worden getest en uitgetest. En dat het liefst ter plaatse. Echter, de omstandigheden zijn daar niet altijd op ingericht. Extra gewicht krijgt de nabijheid van de locatie wanneer het gaat om Kunstmatige Intelligentie, KI, in combinatie met gevoelige gegevens. Uiteindelijk moet de KI eerst worden getraind met de juiste gegevens, zodat ze later opgenomen sensordata kan inschatten en op basis daarvan beslissingen kan nemen. Hiervoor worden de gegevens vaak via internet naar de cloud verplaatst. Vooral gevoelige gegevens willen bedrijven echter liever binnen het bedrijf houden. Normaal gesproken moeten de gegevens daarvoor via internet naar een cloud worden overgezet om ze locatieonafhankelijk te kunnen gebruiken. Vooral gevoelige gegevens willen bedrijven echter liever binnen het bedrijf houden.

Mobiel werkplatform »BioSensoLab«

Onderzoekers van het Fraunhofer IBMT hebben hiervoor een oplossing ontwikkeld. »Met ons mobiele werkplatform »BioSensoLab« kunnen we nieuwe technologieën, bijvoorbeeld uit het gebied van de productie van stamcellen, direct bij de klant presenteren en samen toepassen«, legt Dr. Thomas Velten, groepsleider bij het Fraunhofer IBMT, uit. »Ook hoeven gevoelige gegevens het bedrijf niet te verlaten – het laboratorium kan bijvoorbeeld in een fabriekshal op het bedrijfsterrein worden opgesteld.« Omdat het met een lengte van 7,8 meter, een breedte van 2,5 meter en een hoogte van drie meter voldoende ruimte biedt voor biologische en andere onderzoeken, neemt het niet al te veel ruimte in beslag. Het laboratorium is ontworpen als een S2-laboratorium, het is dus geschikt voor biologische vraagstukken. De veiligheidsniveau 2 omvat werkzaamheden met micro-organismen die een mogelijk gevaar vormen voor het laboratoriumpersoneel en de omgeving. Voorbeelden van dergelijke stoffen zijn Salmonella, Herpes-verwekkers of griepvirussen. S2-laboratoria beschikken meestal over toegangskontrole en voorzieningen voor het inperken van infectieuze gassen en vloeistoffen.

Ook is de digitale infrastructuur van het »BioSensoLab« zo ontworpen dat integratie in bestaande ERP-systemen en productielijnen mogelijk is. De modulaire inrichting van het interieur kan flexibel worden aangepast aan de behoefte, is zowel verschuifbaar als eenvoudig te plaatsen en te verwijderen. Voor een locatieverandering kan het laboratorium worden getransporteerd met behulp van een geïntegreerde hijsvoorziening en een vrachtwagen.

Essentieel voor de ontwikkeling van het mobiele S2-laboratorium was het samenbrengen van verschillende expertisegebieden: een industriële partner uit de speciale voertuigbouw bracht de knowhow in voor het bouwen van draagbare eenheden, terwijl de onderzoekers van het Fraunhofer IBMT de competenties op het gebied van biologische laboratoria leverden. »We hebben ons bovendien jarenlang de vaardigheden eigen gemaakt voor het bouwen van mobiele laboratoria, zodat we het konden ontwerpen en de bouw konden coördineren«, zegt Velten. »We weten dus enerzijds hoe een laboratorium, bijvoorbeeld qua luchtbehandeling, moet zijn uitgerust, en anderzijds welke installaties de voertuigfabrikant kan inbouwen.«

Intelligente sensoren van het Fraunhofer Centrum voor Sensor-Intelligentie ZSI verbeteren productkwaliteit

Bij de bouw van het mobiele laboratorium hadden de onderzoekers van het Fraunhofer IBMT al concrete toepassingen in gedachten: en wel de technologieën die ze momenteel ontwikkelen in het nieuwe Fraunhofer Centrum voor Sensor-Intelligentie ZSI, samen met het Fraunhofer-Instituut voor Niet-destructief Onderzoek IZFP. Het centrale punt daarbij: intelligente sensoren verzamelen steeds meer data, die moeten worden samengevoegd tot zinvolle informatie – bijna niet meer te behappen voor mensen. Hier kan Kunstmatige Intelligentie scoren: ze analyseert de datastroom en neemt op basis van de resultaten beslissingen in bijna realtime. Beslissingen die slijtage en afval minimaliseren en de kwaliteit van de geproduceerde producten verbeteren. »Ons doel zijn Sensor-Intelligence-Devices: slimme sensoren waarvan de gegevens worden geëvalueerd door Kunstmatige Intelligentie en die worden gebruikt voor gerichtere beslissingen«, zegt Velten.

Een voorbeeld van zo'n slim sensorsysteem dat de onderzoekers momenteel ontwikkelen, ligt op het gebied van de productie van stamcellen. »We willen niet alleen zoals voorheen parameters zoals temperatuur en pH-waarde controleren – en uiteindelijk mogelijk een hele batch weggooien – maar de stamcellen zelf sensorisch karakteriseren en bewaken. En dat liefst zonder ze uit de bioreactor te hoeven halen«, vertelt Velten. Hoe dat precies kan gebeuren, werkt het onderzoeksteam momenteel uit. Om ook industriebedrijven bij de ontwikkeling te betrekken en ter plaatse samen te kunnen onderzoeken, biedt het mobiele laboratorium optimale voorwaarden, evenals de mogelijkheid om geïnteresseerden de ontwikkelingen te demonstreren. Een ander voorbeeld van dergelijke ontwikkelingen zijn kloppende hartcellen, die al bij het Fraunhofer IBMT worden gekweekt en in testsystemen worden gebruikt. In de toekomst willen de onderzoekers deze cellen als 3D-modellen kweken in een plaat met bijvoorbeeld 96 kleine vaten ernaast. In deze worden parallelle en geautomatiseerde toxische onderzoeken uitgevoerd: Hoe verandert de hartslag als bepaalde stoffen, zoals werkzame stoffen, worden toegediend? Deze en andere technologieën kunnen bij industriële partners worden ontwikkeld, gedemonstreerd en toegepast in het mobiele laboratorium.