Автоматизация лабораторий
Стратегия улучшения процесса для рутинных процедур
Часть серии статей о
Автоматизация
Автоматизация в целом
Робототехника и роботы
Влияние автоматизации
Выставки и награды
Автоматизированное лабораторное оборудование
Автоматизированное лабораторное оборудование

Лабораторная автоматизация — это многопрофильная стратегия исследования, разработки, оптимизации и извлечения выгоды из технологий в лаборатории, которые позволяют внедрять новые и улучшенные процессы. Специалисты по лабораторной автоматизации — это академические, коммерческие и государственные исследователи, ученые и инженеры, которые проводят исследования и разрабатывают новые технологии для повышения производительности, повышения качества экспериментальных данных, сокращения времени цикла лабораторных процессов или проведения экспериментов, которые в противном случае были бы невозможны.

Наиболее широко известным применением технологии лабораторной автоматизации является лабораторная робототехника . В более общем смысле, область лабораторной автоматизации охватывает множество различных автоматизированных лабораторных приборов , устройств (наиболее распространенными из которых являются автосамплеры ), программных алгоритмов и методологий, используемых для обеспечения, ускорения и повышения эффективности и результативности научных исследований в лабораториях.

Применение технологий в современных лабораториях необходимо для достижения своевременного прогресса и сохранения конкурентоспособности. Лаборатории, занимающиеся такими видами деятельности, как высокопроизводительный скрининг , комбинаторная химия , автоматизированные клинические и аналитические испытания, диагностика, крупномасштабные биорепозитории и многие другие, не существовали бы без достижений в области автоматизации лабораторий.

Автосамплер для жидких или газообразных образцов на основе микрошприца
Автосамплер для жидких или газообразных образцов на основе микрошприца

Некоторые университеты предлагают целые программы, которые фокусируются на лабораторных технологиях. Например, Университет Индианы-Университет Пердью в Индианаполисе предлагает программу магистратуры, посвященную лабораторной информатике. Кроме того, Институт аспирантуры Кека в Калифорнии предлагает степень магистра с акцентом на разработку анализов, инструментов и инструментов анализа данных, необходимых для клинической диагностики, высокопроизводительного скрининга , генотипирования , технологий микрочипов , протеомики , визуализации и других приложений.

История

По крайней мере с 1875 года появились сообщения об автоматизированных устройствах для научных исследований. [1] Эти первые устройства в основном были созданы самими учеными для решения проблем в лаборатории. После Второй мировой войны компании начали поставлять автоматизированное оборудование все большей и большей сложности.

Автоматизация неуклонно распространялась в лабораториях в течение 20-го века, но затем произошла революция: в начале 1980-х годов первая полностью автоматизированная лаборатория была открыта доктором Масахиде Сасаки . [2] [3] В 1993 году доктор Род Маркин из Медицинского центра Университета Небраски создал одну из первых в мире автоматизированных систем управления клиническими лабораториями. [4] В середине 1990-х годов он возглавил группу по стандартам под названием Руководящий комитет по стандартам автоматизации клинических испытаний (CTASSC) Американской ассоциации клинической химии , [5] [6] которая позже превратилась в территориальный комитет Института клинических и лабораторных стандартов . [7] В 2004 году Национальные институты здравоохранения (NIH) и более 300 признанных на национальном уровне лидеров в академических кругах, промышленности, правительстве и общественности завершили Дорожную карту NIH по ускорению медицинских открытий для улучшения здоровья. В дорожной карте NIH четко указано, что развитие технологий является критически важным фактором миссии Группы по внедрению молекулярных библиотек и визуализации (см. первую тему – Новые пути к открытиям – по адресу https://web.archive.org/web/20100611171315/http://nihroadmap.nih.gov/).

Несмотря на успех лаборатории доктора Сасаки и других подобных лабораторий, многомиллионная стоимость таких лабораторий не позволила их принять более мелким группам. [8] Это все еще сложнее, поскольку устройства, произведенные разными производителями, часто не могут взаимодействовать друг с другом. Однако недавние достижения, основанные на использовании языков сценариев, таких как Autoit, сделали возможной интеграцию оборудования разных производителей. [9] Используя этот подход, многие недорогие электронные устройства, включая устройства с открытым исходным кодом, [10] становятся совместимыми с обычными лабораторными приборами.

Некоторые стартапы, такие как Emerald Cloud Lab и Strateos, предоставляют доступ к лабораториям по запросу и удаленно в коммерческих масштабах. Исследование 2017 года показывает, что эти полностью интегрированные автоматизированные лаборатории коммерческого масштаба могут улучшить воспроизводимость и прозрачность в основных биомедицинских экспериментах, и что более девяти из десяти биомедицинских статей используют методы, которые в настоящее время доступны через эти группы. [11]

Недорогая автоматизация лабораторий

Большим препятствием для внедрения автоматизации в лабораториях стала ее высокая стоимость. Многие лабораторные приборы стоят очень дорого. Во многих случаях это оправдано, поскольку такое оборудование может выполнять очень специфические задачи, используя передовые технологии. Однако в лаборатории используются устройства, которые не являются высокотехнологичными, но все равно очень дороги. Это касается многих автоматизированных устройств, которые выполняют задачи, которые легко могли бы быть выполнены простыми и недорогими устройствами, такими как простые роботизированные руки , [12] [13] [14] универсальные (с открытым исходным кодом) электронные модули, [15] [16] [17] [18] [19] Lego Mindstorms , [20] или 3D-принтеры .

До сих пор считалось, что использование таких недорогих устройств вместе с лабораторным оборудованием очень затруднительно. Однако было продемонстрировано, что такие недороги устройства могут без проблем заменить стандартные машины, используемые в лаборатории. [12] [21] [22] Можно ожидать, что больше лабораторий воспользуются этой новой реальностью, поскольку недорогая автоматизация очень привлекательна для лабораторий.

Технология, которая позволяет интегрировать любую машину независимо от ее марки, — это скриптинг, а точнее, скриптинг, включающий управление щелчками мыши и вводом с клавиатуры, как AutoIt . Благодаря синхронизации щелчков и ввода с клавиатуры, различные программные интерфейсы, управляющие различными устройствами, могут быть идеально синхронизированы. [9] [23]

Ссылки

  1. ^ Олсен, Кевин (2012-12-01). «Первые 110 лет технологий, приложений и креативного ученого в области автоматизации лабораторий». Журнал «Автоматизация лабораторий» . 17 (6): 469– 480. doi : 10.1177/2211068212455631 . ISSN  2211-0682. PMID  22893633. S2CID  37758591.[ постоянная мертвая ссылка ‍ ]
  2. ^ Фелдер, Робин А. (2006-04-01). "Клинический химик: Масахиде Сасаки, доктор медицины, доктор философии (27 августа 1933 г. – 23 сентября 2005 г.)". Клиническая химия . 52 (4): 791– 792. doi : 10.1373/clinchem.2006.067686 . ISSN  0009-9147.
  3. ^ Бойд, Джеймс (18.01.2002). «Автоматизация роботизированной лаборатории». Science . 295 (5554): 517– 518. doi :10.1126/science.295.5554.517. ISSN  0036-8075. PMID  11799250. S2CID  108766687.
  4. ^ "LIM Source, ресурс систем управления лабораторной информацией". Архивировано из оригинала 2009-08-11 . Получено 2009-02-20 .
  5. ^ "Клиническая химия 46, № 5, 2000, стр. 246–250" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2011-06-07 . Получено 2009-02-20 .
  6. ^ "Health Management Technology magazine, 1 октября 1995". Архивировано из оригинала 2012-02-17 . Получено 2009-02-20 .
  7. ^ "Институт клинических и лабораторных стандартов (ранее NCCLS)". Архивировано из оригинала 2008-10-07 . Получено 2009-02-20 .
  8. ^ Фелдер, Робин А (1998-12-01). «Модульные рабочие ячейки: современные методы автоматизации лабораторий». Clinica Chimica Acta . 278 (2): 257– 267. doi :10.1016/S0009-8981(98)00151-X. PMID  10023832.
  9. ^ ab Carvalho, Matheus C. (2013-08-01). «Интеграция аналитических приборов с компьютерными скриптами». Журнал лабораторной автоматизации . 18 (4): 328– 333. doi : 10.1177/2211068213476288 . ISSN  2211-0682. PMID  23413273.
  10. ^ Пирс, Джошуа М. (2014-01-01). Глава 1 – Введение в аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом для науки . Бостон: Elsevier. стр.  1– 11. doi :10.1016/b978-0-12-410462-4.00001-9. ISBN 9780124104624.
  11. ^ Грот, П.; Кокс, Дж. (2017). «Индикаторы использования роботизированных лабораторий в базовых биомедицинских исследованиях: анализ литературы». PeerJ . 5 : e3997. doi : 10.7717/peerj.3997 . PMC 5681851 . PMID  29134146. 
  12. ^ ab Carvalho, Matheus C.; Eyre, Bradley D. (2013-12-01). «Недорогой, простой в сборке, портативный и универсальный автосэмплер для жидкостей». Методы в океанографии . 8 : 23– 32. Bibcode :2013MetOc...8...23C. doi :10.1016/j.mio.2014.06.001.
  13. ^ Чиу, Ши-Хао; Урбан, Павел Л. (2015). «Роботизированная платформа масс-спектрометрического анализа, поддерживаемая электроникой с открытым исходным кодом». Биосенсоры и биоэлектроника . 64 : 260–268 . doi :10.1016/j.bios.2014.08.087. PMID  25232666.
  14. ^ Чэнь, Чи-Лин; Чэнь, Тин-Ру; Чиу, Ши-Хао; Урбан, Павел Л. (2017). «Двойной роботизированный манипулятор «производственной линии» масс-спектрометрического анализа, управляемый несколькими микроконтроллерами типа Arduino». Датчики и приводы B: Химия . 239 : 608–616 . Bibcode : 2017SeAcB.239..608C. doi : 10.1016/j.snb.2016.08.031.
  15. ^ Urban, Pawel L. (2015). «Универсальная электроника для миниатюрных и автоматизированных химических анализов». The Analyst . 140 (4): 963– 975. Bibcode : 2015Ana...140..963U. doi : 10.1039/C4AN02013H. PMID  25535820. Архивировано из оригинала 2018-11-06 . Получено 2018-12-15 .
  16. ^ Урбан, Павел (2016-04-20). «Открытое оборудование: самостоятельно созданное лабораторное оборудование стимулирует креативность». Nature . 532 (7599): 313. Bibcode :2016Natur.532..313U. doi : 10.1038/532313d . PMID  27127816.
  17. ^ Baillargeon P, Spicer TP, Scampavia L (2019). «Применение панелей освещения с открытым исходным кодом, совместимых с микропланшетами». J Vis Exp (152): e60088. doi :10.3791/60088. PMID  31633701. S2CID  204813315.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  18. ^ Baillargeon P, Coss-Flores K, Singhera F, Shumate J, Williams H, DeLuca L; et al. (2019). «Проектирование совместимых с микропланшетами панелей освещения для полуавтоматической настольной системы пипетирования». SLAS Technol . 24 (4): 399– 407. doi : 10.1177/2472630318822476 . PMID  30698997. S2CID  73412170.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  19. ^ Iglehart B (2018). «Платформа автоматизации MVO: удовлетворение неудовлетворенных потребностей клинических лабораторий с помощью микроконтроллеров, 3D-печати и оборудования/программного обеспечения с открытым исходным кодом». SLAS Technol . 23 (5): 423– 431. doi : 10.1177/2472630318773693 . PMID  29746790. S2CID  13671203.
  20. ^ Вальц, Эмили (22.03.2017). «Сделай сам Lego Robot, автоматизирующий лабораторные работы для студентов — IEEE Spectrum». IEEE Spectrum . Получено 02.02.2024 .
  21. ^ Карвальо, Матеус. «Auto-HPGe, автодозатор для гамма-спектроскопии с использованием детекторов из высокочистого германия (HPGe) и тяжелых экранов». HardwareX .
  22. ^ Карвальо, Матеус (2018). «Osmar, автосамплер для микрошприцов с открытым исходным кодом». Аппаратное обеспечениеX . 3 : 10–38 . doi : 10.1016/j.ohx.2018.01.001 .
  23. ^ Карвальо, Матеус (2017). Практическая автоматизация лабораторий: легко с AutoIt. Wiley VCH. ISBN 978-3-527-34158-0.

Дальнейшее чтение

  • Katz, Alan (1 мая 2009 г.), «Протоколы автоматизации лабораторий и виртуальные рабочие ячейки», Genetic Engineering & Biotechnology News , OMICS, т. 29, № 9, Mary Ann Liebert, стр.  40–41 , ISSN  1935-472X, OCLC  77706455, архивировано из оригинала 25 февраля 2012 г. , извлечено 25 июля 2009 г.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Laboratory_automation&oldid=1258769924"