Technologieën voor het slimme laboratorium van de toekomst

In het Innovatiecentrum nICLAS ontwikkelen de leden technologieën voor het slimme laboratorium van de toekomst. Hier te zien: de geautomatiseerde productie van huidcellen in de Tissue Factory. / At the Innovation Center nICLAS, members develop technologies for the smart lab of the future. Seen here: automated manufacturing of skin cells at the Tissue Factory.

Moderne laboratoria lijken vandaag de dag vaak nog op een klassieke fabriek. Apparaten en processen zijn niet verbonden en het kostbare monster wordt meestal handmatig door de medewerkers verwerkt. Lange tijd was deze opzet voldoende om de innovatiekracht van de laboratoria te benutten. Tegenwoordig genereren ze echter vaak grotere hoeveelheden data, waaraan het bekende voorbeeld niet meer kan voldoen. In het Innovation Center voor Laborautomatisering Stuttgart, kort nICLAS, ontwikkelt het Fraunhofer IPA samen met partners uit de industrie nieuwe technologieën voor een slim laboratorium van de toekomst. Tijdens het nICLAS-forum op 23 maart 2017 in Stuttgart stelde het team zich voor.

Automatiseringsoplossingen worden momenteel slechts in een klein deel van de laboratoria wereldwijd toegepast. Een reden hiervoor zijn strenge regelgeving en multivariate, niet-gestandaardiseerde processen in het dagelijkse laboratoriumwerk. »De monsters en producten die in laboratoria worden verwerkt, voldoen aan de strengste kwaliteitsnormen. Voor bedrijven is het daarom duur en arbeidsintensief om nieuwe technologieën te implementeren«, zegt nICLAS-projectleider Mario Bott van het Fraunhofer IPA. Bovendien werd de handmatige werkomgeving van de laboratoria jarenlang als een voordeel gezien, omdat processen hier vermeend sneller en flexibeler kunnen worden aangepast dan met geautomatiseerde apparaten en platforms.

Laboratoria worden datafabrieken

Langzaam vindt er bij bedrijven een ommekeer plaats: »Laboratoria worden steeds meer verbonden datafabrieken die aan centrale interfaces binnen het bedrijf staan: of het nu gaat om diagnostisch laboratorium, in de lead-discovery voor nieuwe medicijnen of in kwaliteitscontrole en productvrijgave. Ze genereren informatie die uiterst waardevol is voor de bedrijfsvoering«, aldus Bott. Daarnaast stelt de toenemende personalisering van product en proces door gepersonaliseerde diagnostiek en therapie de laboratoria voor nieuwe uitdagingen. Om de opkomende complexiteit beheersbaar te maken, moeten duurzame, modulaire oplossingen voor hardware- en softwaresystemen worden ontwikkeld. Hier zet nICLAS op in.

Het Innovation Center op de Fraunhofer-campus in Stuttgart biedt bedrijven en onderzoeksinstellingen een platform om zich te verbinden en gezamenlijk innovatieve technologieën en automatiseringsoplossingen te ontwikkelen. Onder de projectleden bevinden zich industriële gebruikers en ontwikkelaars, evenals partners die de brug slaan naar onderzoek en academisch onderwijs. »Het multidisciplinaire takenveld vereist een team van verschillende disciplines om succesvol te zijn in de internationale concurrentie. We zijn daarom blij dat we sterke partners hebben gevonden zoals Precise Automation, TECAN, Liconic, Thermo Fisher Scientific, Promega en Festo, die ons bijvoorbeeld de nieuwste apparaten en innovatieve technologieën voor gezamenlijke ontwikkeling ter beschikking stellen«, aldus de projectleider. Zo beschikt het team altijd over de nieuwste apparatuur en de benodigde expertise om de fundamenten voor het laboratorium van morgen te leggen.

Virtuele laboratoria en verbonden onderzoek

Er zijn al eerste impulsen en denkrichtingen via het zogenaamde nICLAS-FutureLab. Op het gebied van intralogistiek zullen bijvoorbeeld toepassingen ontstaan voor het traceren van materialen. »Op deze manier is de positie van kostbare monsters of patiëntmateriaal altijd bekend. Het digitale beeld kan een waardevolle hulp vormen voor planning, procesbewaking en documentatie voor het laboratoriumpersoneel«, vertelt Bott. Een tweede focus ligt op de mens-maschine-interactie in gereguleerde omgevingen. Met TeachIt moet bijvoorbeeld het inwerkproces voor robotoplossingen aanzienlijk worden vereenvoudigd. Daarnaast onderzoekt het projectteam hoe augmented reality kan worden ingezet ter ondersteuning van gereguleerde processen. »In veel laboratoria blijft het handgeschreven laboratoriumboek een centrale informatie- en documentatieschnittstelle. Met augmented reality zouden medewerkers in de toekomst de benodigde informatie op maat en persoonsgebonden kunnen laten weergeven«, aldus Bott. Bovendien richten de experts zich op de vraag hoe via servicegerichte platforms een virtualisering van laboratoriumprocessen kan plaatsvinden. Met Cell-Share wordt bijvoorbeeld de bestelling van cellensystemen via Lab-Store getest. Het resultaat komt eenvoudig, snel en kosteneffectief bij de klant terecht.

De Fraunhofer-Gesellschaft legt met een startfinanciering van meer dan 600.000 euro de basis voor nICLAS. Geïnteresseerde bedrijven en onderzoeksinstellingen kunnen zich aansluiten bij de gemeenschap om samen de laboratoriumomgeving van morgen vorm te geven. De kick-off op 23 maart 2017 gaf eerste inzichten in nICLAS en stelde de deelnemers in staat om de projectpartners persoonlijk te ontmoeten.