Лабораторная автоматизация - Laboratory automation

Часть серия на
Автоматизация
Промышленные роботы-transparent.gif
Торговые выставки
Награды

Премия IEEE в области робототехники и автоматизации

Роботы

Промышленный робот
Автономный исследовательский робот
Домашний робот

Общее назначение

Домашняя автоматизация
Банковская автоматизация
Лабораторная автоматизация
Интегрированная библиотечная система
Автоматизация вещания
Консольная автоматизация
Автоматизация зданий

Особая цель

Автоматизированный оператор
Автоматизированная управляемая машина
Автоматизированная автодорожная система
Автоматическая очистка бассейна
Автоматическое рассуждение
Банкомат
Автоматическая покраска (робот)
Автоматизация поп-музыки
Газонокосилка-робот
Телефонный коммутатор
Торговый автомат

Социальные движения
Автоматизированное лабораторное оборудование
Автоматизированное лабораторное оборудование

Лабораторная автоматизация представляет собой междисциплинарную стратегию исследования, разработки, оптимизации и использования лабораторных технологий, которые позволяют создавать новые и улучшенные процессы. Специалисты по автоматизации лабораторий - это академические, коммерческие и государственные исследователи, ученые и инженеры, которые проводят исследования и разрабатывают новые технологии для повышения производительности, повышения качества экспериментальных данных, сокращения продолжительности рабочего цикла лаборатории или проведения экспериментов, которые в противном случае были бы невозможны.

Наиболее широко известное применение технологии автоматизации лабораторий: лабораторная робототехника. В более общем плане, область лабораторной автоматизации включает множество различных автоматизированных лабораторий. инструменты, устройства (наиболее распространенные автосэмплеры ), программные алгоритмы и методологии, используемые для включения, ускорения и увеличения эффективность и эффективность научных исследований в лабораториях.

Применение технологий в сегодняшних лабораториях необходимо для своевременного прогресса и сохранения конкурентоспособности. Лаборатории, посвященные таким видам деятельности, как высокопроизводительный скрининг, комбинаторная химия, автоматизированное клиническое и аналитическое тестирование, диагностика, крупномасштабные биорепозитории и многие другие не существовали бы без достижений в области автоматизации лабораторий.

Автосэмплер для жидких или газообразных проб на основе микрошприца
Автосэмплер для жидких или газообразных проб на основе микрошприца

Некоторые университеты предлагают целые программы, посвященные лабораторным технологиям. Например, Университет Индианы - Университет Пердью в Индианаполисе предлагает аспирантуру по лабораторной информатике. Так же Институт Кека в Калифорния предлагает ученую степень с акцентом на разработку анализов, инструментов и инструментов анализа данных, необходимых для клинической диагностики, высокопроизводительный скрининг, генотипирование, микрочип технологии, протеомика, визуализация и другие приложения.

История

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

Автоматизация неуклонно распространялась в лабораториях в течение 20 века, но затем произошла революция: в начале 1980-х годов была открыта первая полностью автоматизированная лаборатория. Доктор Масахиде Сасаки.[2][3] В 1993 г. Доктор Род Маркин на Медицинский центр Университета Небраски создал одну из первых в мире клинических автоматизированных систем управления лабораториями.[4] В середине 1990-х он возглавлял группу стандартов под названием Руководящий комитет по стандартам автоматизации клинических испытаний (CTASSC) Американская ассоциация клинической химии,[5][6] который позже превратился в областной комитет Институт клинических и лабораторных стандартов.[7] В 2004 г. Национальные институты здоровья (NIH) и более 300 признанных на национальном уровне лидеров в научных кругах, промышленности, правительстве и общественности завершили Дорожная карта NIH для ускорения медицинских открытий для улучшения здоровья. В Дорожная карта NIH четко определяет развитие технологий как критически важный фактор в Группе внедрения молекулярных библиотек и изображений (см. первую тему - Новые пути к открытиям - на https://web.archive.org/web/20100611171315/http://nihroadmap.nih.gov/ ).

Несмотря на успех лаборатории доктора Сасаки и других подобных лабораторий, многомиллионная стоимость таких лабораторий препятствует их принятию небольшими группами.[8] Это все сложнее, потому что устройства разных производителей 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 Изумрудная облачная лаборатория и Strateos предоставляют доступ к лабораториям по требованию и удаленный доступ в коммерческих масштабах. Исследование 2017 года показывает, что эти коммерческие, полностью интегрированные автоматизированные лаборатории могут улучшить воспроизводимость и прозрачность основных биомедицинских экспериментов, и что более девяти из десяти биомедицинских публикаций используют методы, доступные в настоящее время в этих группах.[11]

Недорогая автоматизация лабораторий

Большим препятствием для внедрения автоматизации в лабораториях была ее высокая стоимость. Многие лабораторные инструменты очень дороги. Во многих случаях это оправдано, поскольку такое оборудование может выполнять очень специфические задачи с использованием передовых технологий. Однако в лаборатории используются устройства, которые не являются высокотехнологичными, но все же очень дорогими. Так обстоит дело со многими автоматизированными устройствами, которые выполняют задачи, которые можно легко выполнить с помощью простых и недорогих устройств, таких как простые роботизированные руки,[12][13][14] универсальные (с открытым исходным кодом) электронные модули,[15][16][17][18][19] или же 3D принтеры.

До сих пор использование таких недорогих устройств вместе с лабораторным оборудованием считалось очень трудным. Однако было продемонстрировано, что такие недорогие устройства могут без проблем заменить стандартные машины, используемые в лаборатории.[12][20][21] Можно ожидать, что больше лабораторий воспользуются преимуществами этой новой реальности, поскольку недорогая автоматизация очень привлекательна для лабораторий.

Технология, которая позволяет интегрировать любую машину независимо от ее марки, - это создание сценариев, в частности сценариев, включающих управление щелчками мыши и вводом с клавиатуры, например AutoIt. Посредством синхронизации щелчков и ввода с клавиатуры можно идеально синхронизировать различные программные интерфейсы, управляющие разными устройствами.[9][22]

Рекомендации

  1. ^ Олсен, Кевин (2012-12-01). «Первые 110 лет технологий автоматизации лабораторий, приложений и творческих ученых». Журнал автоматизации лабораторий. 17 (6): 469–480. Дои:10.1177/2211068212455631. ISSN  2211-0682. PMID  22893633. S2CID  37758591.[постоянная мертвая ссылка ]
  2. ^ Фелдер, Робин А. (01.04.2006). «Клинический химик: Масахиде Сасаки, доктор медицины, доктор философии (27 августа 1933 - 23 сентября 2005)». Клиническая химия. 52 (4): 791–792. Дои:10.1373 / Clinchem.2006.067686. ISSN  0009-9147.
  3. ^ Бойд, Джеймс (18 января 2002). «Автоматизация роботизированных лабораторий». Наука. 295 (5554): 517–518. Дои:10.1126 / science.295.5554.517. ISSN  0036-8075. PMID  11799250. S2CID  108766687.
  4. ^ "LIM Source, ресурс систем управления лабораторной информацией". В архиве из оригинала от 11.08.2009. Получено 2009-02-20.
  5. ^ "Клиническая химия 46, No. 5, 2000, pgs. 246–250 " (PDF). В архиве (PDF) из оригинала 2011-06-07. Получено 2009-02-20.
  6. ^ "Технологии управления здоровьем журнал, 1 октября 1995 г. ". В архиве из оригинала от 17.02.2012. Получено 2009-02-20.
  7. ^ «Институт клинических и лабораторных стандартов (ранее NCCLS)». Архивировано из оригинал на 2008-10-07. Получено 2009-02-20.
  8. ^ Фелдер, Робин А. (1998-12-01). «Модульные рабочие места: современные методы автоматизации лабораторий». Clinica Chimica Acta. 278 (2): 257–267. Дои:10.1016 / S0009-8981 (98) 00151-X. PMID  10023832.
  9. ^ а б Карвалью, Матеус К. (1 августа 2013 г.). «Интеграция аналитических приборов с компьютерным скриптингом». Журнал автоматизации лабораторий. 18 (4): 328–333. Дои:10.1177/2211068213476288. ISSN  2211-0682. PMID  23413273.
  10. ^ Пирс, Джошуа М. (01.01.2014). Глава 1 - Введение в оборудование с открытым исходным кодом для науки. Бостон: Эльзевир. С. 1–11. Дои:10.1016 / b978-0-12-410462-4.00001-9. ISBN  9780124104624.
  11. ^ Groth, P .; Кокс, Дж. (2017). «Показатели использования роботизированных лабораторий в фундаментальных биомедицинских исследованиях: анализ литературы». PeerJ. 5: e3997. Дои:10.7717 / peerj.3997. ЧВК  5681851. PMID  29134146.
  12. ^ а б Carvalho, Matheus C .; Эйр, Брэдли Д. (01.12.2013). «Недорогой, простой в сборке, портативный и универсальный автосамплер для жидкостей». Методы океанографии. 8: 23–32. Дои:10.1016 / j.mio.2014.06.001.
  13. ^ Чиу, Ши-Хао; Урбан, Павел Л. (2015). «Платформа для масс-спектрометрического анализа с помощью робототехники на базе электроники с открытым исходным кодом». Биосенсоры и биоэлектроника. 64: 260–268. Дои:10.1016 / j.bios.2014.08.087. PMID  25232666.
  14. ^ Чен, Чи-Линь; Чен, Тинг-Ру; Чиу, Ши-Хао; Урбан, Павел Л. (2017). Линия по производству «двойной роботизированной руки» «масс-спектрометрический анализ под управлением нескольких микроконтроллеров типа Arduino». Датчики и исполнительные механизмы B: химические. 239: 608–616. Дои:10.1016 / j.snb.2016.08.031.
  15. ^ Урбан, Павел Л. (2015). «Универсальная электроника для миниатюрных и автоматизированных химических анализов». Аналитик. 140 (4): 963–975. Bibcode:2015Ана ... 140..963U. Дои:10.1039 / C4AN02013H. PMID  25535820. В архиве из оригинала 2018-11-06. Получено 2018-12-15.
  16. ^ Урбан, Павел (2016-04-20). «Открытое оборудование: лабораторное оборудование собственного изготовления стимулирует творчество». Природа. 532 (7599): 313. Bibcode:2016Натура.532..313U. Дои:10.1038 / 532313d. PMID  27127816.
  17. ^ Байларджон П., Спайсер Т.П., Скампавия Л. (2019). «Приложения для осветительных панелей с открытым исходным кодом, совместимых с микропланшетами». J Vis Exp (152). Дои:10.3791/60088. PMID  31633701.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  18. ^ Байларджон П., Косс-Флорес К., Сингера Ф., Шумате Дж., Уильямс Х., ДеЛука Л.; и другие. (2019). «Дизайн панелей освещения, совместимых с микропланшетами, для полуавтоматической настольной системы дозирования». SLAS Technol. 24 (4): 399–407. Дои:10.1177/2472630318822476. PMID  30698997. S2CID  73412170.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  19. ^ Иглхарт Б. (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. Дои:10.1177/2472630318773693. PMID  29746790. S2CID  13671203.
  20. ^ Карвалью, Матеус. «Auto-HPGe, автоматический пробоотборник для гамма-спектроскопии с использованием детекторов из высокочистого германия (HPGe) и тяжелых экранов». ОборудованиеX.
  21. ^ Карвалью, Матеус (2018). "Osmar, автоматический пробоотборник для микрошприцев с открытым исходным кодом". ОборудованиеX. 3: 10–38. Дои:10.1016 / j.ohx.2018.01.001.
  22. ^ Карвалью, Матеус (2017). Практическая автоматизация лаборатории: стало проще с AutoIt. Wiley VCH. ISBN  978-3-527-34158-0.

дальнейшее чтение