Автоматизация лабораторий
| Часть серии о |
| Автоматизация |
|---|
 |
| Автоматизация в целом |
| Робототехника и роботы |
| Влияние автоматизации |
| Выставки и награды |
Автоматизация лабораторий — это междисциплинарная 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 времени лабораторных процессов или проведения экспериментов, которые в противном случае были бы невозможны.
Наиболее широко известное применение технологии автоматизации лабораторий — лабораторная робототехника . В более общем смысле, область автоматизации лабораторий включает в себя 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 биохранилища 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 последипломного образования, посвященную лабораторной информатике. Кроме того, Институт последипломного образования Кека в Калифорнии предлагает ученую степень с упором на разработку анализов, приборов и инструментов анализа данных, необходимых для клинической диагностики, высокопроизводительного скрининга , генотипирования , микрочипов технологий , 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 в основном создавались самими учёными для решения задач в лаборатории. После Второй мировой войны компании начали поставлять автоматизированное оборудование все большей и большей сложности.
Автоматизация неуклонно распространялась в лабораториях на протяжении XX века, но затем произошла революция: в начале 1980-х годов первая полностью автоматизированная лаборатория была открыта доктором Масахидэ 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 возглавлял группу по стандартизации под названием Руководящий комитет по стандартам автоматизации клинических испытаний (CTASSC) Американской ассоциации клинической химии . [5] [6] который позже превратился в областной комитет Института клинических и лабораторных стандартов . [7] В 2004 году Национальные институты здравоохранения (NIH) и более 300 признанных на национальном уровне лидеров в научных кругах, промышленности, правительстве и общественности завершили дорожную карту NIH по ускорению медицинских открытий для улучшения здоровья. Дорожная карта НИЗ четко определяет развитие технологий как важнейший фактор миссии Группы по внедрению молекулярных библиотек и изображений (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 позволяет использовать их небольшими группами. [8] Это все сложнее, поскольку 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, в том числе устройства с открытым исходным кодом, [10] стать совместимыми с обычными лабораторными приборами.
Некоторые стартапы, такие как Emerald Cloud Lab и Strateos, по требованию предоставляют удаленный доступ к лабораториям в коммерческих масштабах. Исследование 2017 года показывает, что эти полностью интегрированные автоматизированные лаборатории коммерческого масштаба могут улучшить воспроизводимость и прозрачность базовых биомедицинских экспериментов и что более девяти из десяти биомедицинских статей используются методы, доступные в настоящее время этими группами. [11]
Недорогая автоматизация лабораторий [ править ]
Серьезным 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 весьма специфические задачи с использованием новейших 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] Лего Майндштормс , [20] или 3D-принтеры .
До сих пор использование таких недорогих устройств вместе с лабораторным оборудованием считалось очень затруднительным. Однако было продемонстрировано, что такие недорогие устройства могут без проблем заменить стандартные машины, используемые в лаборатории. [12] [21] [22] 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 сценарии, точнее, сценарии, включающие 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] [23]
Ссылки [ править ]
- ^ Олсен, Кевин (01 декабря 2012 г.). «Первые 110 лет технологий, приложений и творческих ученых в области автоматизации лабораторий» . Журнал автоматизации лабораторий . 17 (6): 469–480. дои : 10.1177/2211068212455631 . ISSN 2211-0682 . ПМИД 22893633 . S2CID 37758591 . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Фелдер, Робин А. (1 апреля 2006 г.). «Клинический химик: Масахидэ Сасаки, доктор медицинских наук, доктор философии (27 августа 1933 г. - 23 сентября 2005 г.)» . Клиническая химия . 52 (4): 791–792. дои : 10.1373/clinchem.2006.067686 . ISSN 0009-9147 .
- ^ Бойд, Джеймс (18 января 2002 г.). «Роботизированная автоматизация лабораторий». Наука . 295 (5554): 517–518. дои : 10.1126/science.295.5554.517 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 11799250 . S2CID 108766687 .
- ^ «LIM Source, ресурс систем управления лабораторной информацией» . Архивировано из оригинала 11 августа 2009 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
- ^ « Клиническая химия 46, № 5, 2000 г., стр. 246–250» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 7 июня 2011 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
- ^ « Журнал Health Management Technology , 1 октября 1995 г.» . Архивировано из оригинала 17 февраля 2012 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
- ^ «Институт клинических и лабораторных стандартов (ранее NCCLS)» . Архивировано из оригинала 7 октября 2008 г. Проверено 20 февраля 2009 г.
- ^ Фелдер, Робин А. (1 декабря 1998 г.). «Модульные рабочие места: современные методы автоматизации лабораторий». Клиника Химика Акта . 278 (2): 257–267. дои : 10.1016/S0009-8981(98)00151-X . ПМИД 10023832 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Карвалью, Матеус К. (01 августа 2013 г.). «Интеграция аналитических инструментов с компьютерными сценариями» . Журнал автоматизации лабораторий . 18 (4): 328–333. дои : 10.1177/2211068213476288 . ISSN 2211-0682 . ПМИД 23413273 .
- ^ Пирс, Джошуа М. (1 января 2014 г.). Глава 1. Введение в аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом для науки . Бостон: Эльзевир. стр. 1–11. дои : 10.1016/b978-0-12-410462-4.00001-9 . ISBN 9780124104624 .
- ^ Грот, П.; Кокс, Дж. (2017). «Показатели использования роботизированных лабораторий в фундаментальных биомедицинских исследованиях: анализ литературы» . ПерДж . 5 : е3997. дои : 10.7717/peerj.3997 . ПМК 5681851 . ПМИД 29134146 .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Карвальо, Матеус К.; Эйр, Брэдли Д. (1 декабря 2013 г.). «Недорогой, простой в сборке, портативный и универсальный автопробоотборник для жидкостей». Методы океанографии . 8 : 23–32. Бибкод : 2013MetOc...8...23C . дои : 10.1016/j.mio.2014.06.001 .
- ^ Чиу, Ши-Хао; Урбан, Павел Л. (2015). «Платформа для масс-спектрометрического анализа с помощью робототехники, основанная на электронике с открытым исходным кодом». Биосенсоры и биоэлектроника . 64 : 260–268. дои : 10.1016/j.bios.2014.08.087 . ПМИД 25232666 .
- ^ Чен, Чи-Лин; Чен, Тин-Ру; Чиу, Ши-Хао; Урбан, Павел Л. (2017). «Масс-спектрометрический анализ «производственной линии» с двойной роботизированной рукой под управлением нескольких микроконтроллеров типа Arduino». Датчики и исполнительные механизмы B: Химические вещества . 239 : 608–616. дои : 10.1016/j.snb.2016.08.031 .
- ^ Урбан, Павел Л. (2015). «Универсальная электроника для миниатюрных и автоматизированных химических анализов» . Аналитик . 140 (4): 963–975. Бибкод : 2015Ана...140..963У . дои : 10.1039/C4AN02013H . ПМИД 25535820 . Архивировано из оригинала 06.11.2018 . Проверено 15 декабря 2018 г.
- ^ Урбан, Павел (20 апреля 2016 г.). «Открытое оборудование: лабораторное оборудование, изготовленное своими руками, стимулирует творчество» . Природа . 532 (7599): 313. Бибкод : 2016Natur.532..313U . дои : 10.1038/532313d . ПМИД 27127816 .
- ^ Байларжон П., Спайсер Т.П., Скампавия Л. (2019). «Применение осветительных панелей с открытым исходным кодом, совместимых с микропланшетами» . J Vis Exp (152): e60088. дои : 10.3791/60088 . ПМИД 31633701 . S2CID 204813315 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Байларжон П., Косс-Флорес К., Сингхера Ф., Шумате Дж., Уильямс Х., ДеЛука Л.; и др. (2019). «Проектирование осветительных панелей, совместимых с микропланшетами, для полуавтоматической настольной системы пипетирования» . Технология СЛАС . 24 (4): 399–407. дои : 10.1177/2472630318822476 . ПМИД 30698997 . S2CID 73412170 .
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Иглхарт Б. (2018). «Платформа автоматизации MVO: удовлетворение неудовлетворенных потребностей клинических лабораторий с помощью микроконтроллеров, 3D-печати и аппаратного и программного обеспечения с открытым исходным кодом» . Технология СЛАС . 23 (5): 423–431. дои : 10.1177/2472630318773693 . ПМИД 29746790 . S2CID 13671203 .
- ^ Вальс, Эмили (22 марта 2017 г.). «Робот Lego своими руками обеспечивает автоматизацию лабораторий студентам — IEEE Spectrum» . IEEE-спектр . Проверено 2 февраля 2024 г.
- ^ Карвалью, Матеус. «Auto-HPGe, автосамплер для гамма-спектроскопии с использованием детекторов из германия высокой чистоты (HPGe) и тяжелых экранов» . Аппаратное обеспечениеX .
- ^ Карвалью, Матеус (2018). «Osmar, микрошприцевый автосамплер с открытым исходным кодом» . Аппаратное обеспечениеX . 3 : 10–38. дои : 10.1016/j.ohx.2018.01.001 .
- ^ Карвальо, Матеус (2017). Практическая автоматизация лабораторий: стало проще с AutoIt . Вили ВЧ. ISBN 978-3-527-34158-0 .