Лабораторная автоматизация - это многопрофильная стратегия исследования, разработки, оптимизации и извлечения выгоды из 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 лабораторной автоматизации - лабораторная робототехника . В более общем плане, область лабораторной автоматизации включает множество различных автоматизированных лабораторных приборов , устройств (наиболее распространенными являются автосамплеры ), программных алгоритмов и методологий, используемых для обеспечения, ускорения и повышения эффективности и результативности научных исследований в лабораториях.
Применение технологий в сегодняшних лабораториях необходимо для своевременного прогресса и сохранения конкурентоспособности. Лаборатории, занимающиеся такими видами деятельности, как высокопроизводительный скрининг , комбинаторная химия , автоматизированное клиническое и аналитическое тестирование, диагностика, крупномасштабные биорепозитории и многие другие, не могли бы существовать без достижений в области автоматизации лабораторий.
Некоторые университеты предлагают целые программы, посвященные лабораторным технологиям. Например, Университет Индианы - Университет Пердью в Индианаполисе предлагает программу для выпускников, посвященную лабораторной информатике. Кроме того, Институт выпускников Кека в Калифорнии предлагает ученую степень с акцентом на разработку анализов, инструментов и инструментов анализа данных, необходимых для клинической диагностики, высокопроизводительного скрининга , генотипирования , технологий микроматриц , протеомики , визуализации и других приложений.
История [ править ]
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 лабораторных задач. 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 доктором Масахиде Сасаки была открыта первая полностью автоматизированная лаборатория . [2] [3] В 1993 году д - р Род Маркина в Университете штата Небраска медицинский центр создал один из первых клинических автоматизированных систем управления лаборатории в мире. [4] В середине 1990-х годов он возглавлял группу стандартов под названием Clinical Руководящий комитет Тестирование стандартов автоматизации (CTASSC) от Американской ассоциации клинической химии , [5] [6] , которая позже превратилась в область комитет изИнститут 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. НИЗ четко определяет развитие технологий в качестве критически важного фактора в молекулярной библиотеки и реализации Imaging Group (см первая тема - новые пути к открытиям - в 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 различных 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 удаленным лабораториям по запросу и в коммерческих масштабах. Исследование 2017 года показывает, что эти полностью интегрированные автоматизированные лаборатории коммерческого масштаба 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 [ править ]
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 могут быть легко выполнены с помощью простых и недорогих устройств, таких как простые роботизированные манипуляторы , [12] [13] [14] универсальные (с открытым исходным кодом) электронные модули, [15] [16] [17] [18] [19] или 3D-принтеры .
До сих пор использование таких недорогих устройств вместе с лабораторным оборудованием считалось очень сложным. 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 . За счет синхронизации щелчков и ввода с клавиатуры можно идеально синхронизировать различные программные интерфейсы, управляющие разными устройствами. [9] [22]
Ссылки [ править ]
- ^ Олсен, Кевин (2012-12-01). «Первые 110 лет технологий автоматизации лабораторий, приложений и творческих ученых». Журнал автоматизации лабораторий . 17 (6): 469–480. DOI : 10.1177 / 2211068212455631 . ISSN 2211-0682 . PMID 22893633 . S2CID 37758591 .[ постоянная мертвая ссылка ]
- Перейти ↑ Felder, Robin A. (2006-04-01). «Клинический химик: Масахиде Сасаки, доктор медицины, доктор философии (27 августа 1933 - 23 сентября 2005)». Клиническая химия . 52 (4): 791–792. DOI : 10,1373 / clinchem.2006.067686 . ISSN 0009-9147 .
- ↑ Бойд, Джеймс (18 января 2002). «Робототехническая автоматизация лабораторий». Наука . 295 (5554): 517–518. DOI : 10.1126 / science.295.5554.517 . ISSN 0036-8075 . PMID 11799250 . S2CID 108766687 .
- ^ "LIM Source, ресурс систем управления лабораторной информацией" . Архивировано 11 августа 2009 года . Проверено 20 февраля 2009 .
- ^ " Клиническая химия 46, № 5, 2000, стр. 246–250" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 07.06.2011 . Проверено 20 февраля 2009 .
- ^ " Журнал технологий управления здравоохранением , 1 октября 1995 г." . Архивировано 17 февраля 2012 года . Проверено 20 февраля 2009 .
- ^ "Институт клинических и лабораторных стандартов (ранее NCCLS)" . Архивировано из оригинала на 2008-10-07 . Проверено 20 февраля 2009 .
- ^ Felder, Робин A (1998-12-01). «Модульные рабочие места: современные методы автоматизации лабораторий». Clinica Chimica Acta . 278 (2): 257–267. DOI : 10.1016 / S0009-8981 (98) 00151-X . PMID 10023832 .
- ^ a b Карвалью, Матеус К. (1 августа 2013 г.). «Интеграция аналитических инструментов с компьютерным скриптингом» . Журнал автоматизации лабораторий . 18 (4): 328–333. DOI : 10.1177 / 2211068213476288 . ISSN 2211-0682 . PMID 23413273 .
- ^ Пирс, Джошуа М. (2014-01-01). Глава 1 - Введение в оборудование с открытым исходным кодом для науки . Бостон: Эльзевир. С. 1–11. DOI : 10.1016 / b978-0-12-410462-4.00001-9 . ISBN 9780124104624.
- ^ Groth, P .; Кокс, Дж. (2017). «Показатели использования роботизированных лабораторий в фундаментальных биомедицинских исследованиях: анализ литературы» . PeerJ . 5 : e3997. DOI : 10,7717 / peerj.3997 . PMC 5681851 . PMID 29134146 .
- ^ a b Карвалью, Матеус С .; Эйр, Брэдли Д. (01.12.2013). «Недорогой, простой в сборке, портативный и универсальный автосамплер для жидкостей». Методы океанографии . 8 : 23–32. DOI : 10.1016 / j.mio.2014.06.001 .
- ^ Чиу, Ши-Хао; Урбан, Павел Л. (2015). «Платформа для масс-спектрометрического анализа с использованием робототехники на базе электроники с открытым исходным кодом». Биосенсоры и биоэлектроника . 64 : 260–268. DOI : 10.1016 / j.bios.2014.08.087 . PMID 25232666 .
- ^ Чен, Чи-Линь; Чен, Тинг-Ру; Чиу, Ши-Хао; Урбан, Павел Л. (2017). Производственная линия «Двойной роботизированный манипулятор» «масс-спектрометрический анализ под управлением нескольких микроконтроллеров типа Arduino». Датчики и исполнительные механизмы B: химические . 239 : 608–616. DOI : 10.1016 / j.snb.2016.08.031 .
- ^ Урбан, Павел Л. (2015). «Универсальная электроника для миниатюрных и автоматизированных химических анализов» . Аналитик . 140 (4): 963–975. Bibcode : 2015Ana ... 140..963U . DOI : 10.1039 / C4AN02013H . PMID 25535820 . Архивировано 6 ноября 2018 года . Проверено 15 декабря 2018 .
- ^ Урбан, Павел (2016-04-20). «Открытое оборудование: лабораторное оборудование собственного изготовления стимулирует творчество» . Природа . 532 (7599): 313. Bibcode : 2016Natur.532..313U . DOI : 10.1038 / 532313d . PMID 27127816 .
- ^ Байержо Р, Списер Т.П., Scampavia L (2019). «Приложения для осветительных панелей, совместимых с микропланшетами с открытым исходным кодом» . J Vis Exp (152). DOI : 10.3791 / 60088 . PMID 31633701 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Байержо Р, Косс-Флорес К, Singhera Ж, Шумейт Дж, Уильямса Н, Делука л; и другие. (2019). «Дизайн панелей освещения, совместимых с микропланшетами, для полуавтоматической настольной системы дозирования» . SLAS Technol . 24 (4): 399–407. DOI : 10.1177 / 2472630318822476 . PMID 30698997 . S2CID 73412170 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
- ^ Iglehart В (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 .
- ^ Карвалью, Матеус. «Auto-HPGe, автоматический пробоотборник для гамма-спектроскопии с использованием детекторов из высокочистого германия (HPGe) и тяжелых экранов» . ОборудованиеX .
- ^ Carvalho, Матеус (2018). "Osmar, автоматический микрошприцевой пробоотборник с открытым исходным кодом" . ОборудованиеX . 3 : 10–38. DOI : 10.1016 / j.ohx.2018.01.001 .
- ^ Carvalho, Матеус (2017). Практическая автоматизация лабораторий: стало проще с AutoIt . Wiley VCH. ISBN 978-3-527-34158-0.
Дальнейшее чтение [ править ]
- Кац, Алан (1 мая 2009 г.), «Протоколы автоматизации лабораторий и виртуальные рабочие ячейки» , Новости генной инженерии и биотехнологии , OMICS, Мэри Энн Либерт, 29 (9), стр. 40–41, ISSN 1935-472X , OCLC 77706455 , в архиве из оригинала 26 июля 2009 г. , извлечено 25 июля 2009 г.
