Auch für kleine Forschungseinrichtungen

Automatisches Liquid-Handling-System

Routineaufgaben wie die Probenvorbereitung oder das Pipettieren gehören zur täglichen Arbeit im Labor. Werden die Aufgaben jedoch von Hand erledigt, sind diese Tätigkeiten äußerst fehleranfällig. Abhilfe schaffen Laborautomationssysteme. Diese waren bisher jedoch nur für Forschungseinrichtungen mit einem größeren Budget interessant und häufig sehr unflexibel. 

Bild 1: Manuelle Probenvorbereitung und Liquid Handling sind fehleranfällig und beeinträchtigen die Reproduzierbarkeit, weshalb dafür meist Laborautomatisierungssysteme eingesetzt werden. Diese waren für kleinere Arbeitsgruppen bisher jedoch zu teuer. Deshalb hat die nevoLab GmbH die Samplify-Serie entwickelt. Bild: Michael Bührke/pixelio.de

Die nevoLab GmbH hat die Samplify-Serie entwickelt: Die handlichen Modelle Robot und Samplify P übernehmen zeitraubende Aufgaben und bearbeiten bei Bedarf auch sehr kleine Flüssigkeitsmengen präzise, so dass die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse jederzeit gegeben ist. Zudem lassen sich die Systeme auch mit bereits bestehenden Laborgeräten kombinieren oder erweitern. Aufgrund des geringen Anschaffungspreises sind sie auch für kleine Arbeitsgruppen attraktiv.

„Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse spielt in Forschungseinrichtungen eine besonders große Rolle. Bei einer manuellen Durchführung der Pipettierung schleichen sich schnell Fehler ein, denn die Arbeit kostet nicht nur viel Zeit, sondern auch unheimlich viel Konzentration“, erklärt Manfred Lorenz, Geschäftsführer von nevoLab. „Lässt etwa nach fünfzig Pipettierungen am Stück die Aufmerksamkeit nach, kann beispielsweise versehentlich in das falsche Gefäß pipettiert werden.“

Deutlich höhere Präzision
Ein Versuch in einem amerikanischen Biotech-Unternehmen zeigt außerdem, dass auch die Art und Weise des Pipettierens eine wesentliche Rolle spielt: Ergebnisse von Mitarbeitern wurden mit denen eines Liquid-Handling-Roboters verglichen. Dabei war aufgefallen, dass die Mitarbeiter unterschiedliche Methoden nutzten und zwischen diesen teilweise hin- und herwechselten. So gelangte etwa bei der Rückwärts-Pipettierung tendenziell mehr Flüssigkeit in die Reaktionsgefäße als vorgegeben. Die manuellen Resultate unterschieden sich außerdem erheblich sowohl von den Ergebnissen des Pipettierroboters als auch von den Soll-Werten [1]. „Im schlimmsten Fall kann auf diese Weise eine komplette Messreihe unbrauchbar werden. Arbeitsmaterial und teure Chemikalien werden verschwendet, Zeit und Ansehen werden eingebüßt“, so Lorenz. Um eine hohe Reproduzierbarkeit zu erreichen und zugleich Unsicherheitsfaktoren, die durch die manuelle Probenvorbereitung entstehen, ausschließen zu können, sind Laborautomatisierungssysteme deshalb die optimale Lösung.

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Bild 2: Der Samplify Robot eignet sich für die Verarbeitung von Reagenzglas-Racks mit offenen Vials und Tubes, Flaschen sowie Multititerplatten mit größeren Kavitäten. Das Modell ist besonders Platz sparend und lässt sich schnell auf- und abbauen (Bild: nevoLab).

Da bisher Liquid-Handling-Roboter meist nur für größere Forschungseinrichtungen mit einem entsprechenden Budget interessant waren, hat nevoLab nun die Samplify-Serie entwickelt. Ein vergleichsweise niedriger Anschaffungspreis macht die Modelle Robot und Samplify P attraktiv, und sie lassen sich zudem flexibel mit bereits vorhandenen Geräten kombinieren. So muss nicht die komplette Labor-ausstattung ersetzt werden.

Arbeitserleichterung in DIN-A3-Größe
Als kostengünstiges Einstiegsmodell eignet sich besonders der Samplify Robot, welcher sich damit im Bereich einer hochwertigen automatischen Analysenwaage bewegt. Er nimmt mit seinen Stellmaßen von 375 x 375 x 60 mm nicht mehr Platz als eine DIN-A3-Seite ein und lässt sich auch durch seine geringe Höhe bei Nichtbedarf einfach verstauen.

Das geringe Gewicht, das mit Liquid-Handling-Einheit bei circa 5,1 kg liegt, trägt hierzu ebenfalls bei, so dass er ohne großen Aufwand an den jeweiligen Einsatzort gebracht werden kann. Eine gewöhnliche Steckdose mit einer elektrischen Spannung von 230 oder 110 V reicht für die Stromzufuhr aus; die Hubkraft der Z-Achse besitzt eine Dauerkraft von 3,6 N und hat eine Reichweite von 190 mm.

Bild 3: Der Samplify P ist mit einer stärkeren Z-Achse als das Robot-Modell ausgestattet und erreicht eine höhere Präzision bei Flüssigkeitsvolumina von 0,5 bis 20 μl. Zudem können bis zu fünf Mikrotiterplatten mit 384 Plätzen gleichzeitig bearbeitet werden. Die Einstellungen erfolgen, wie auch beim Samplify Robot, über die Script-Software. Das mitgelieferte Tablet ermöglicht bei beiden Modellen die Steuerung auch kabellos über eine Funk-Verbindung (Bild: nevoLab).

Bei einem Hub von 120 mm beträgt die Präzision der Z-Achse rund 0,22 mm und erreicht damit eine weitaus höhere Reproduzierbarkeit als bei der manuellen Durchführung. Die Spritzen sind für Volumina von 0,1...12,5 ml ausgelegt. Gut geeignet ist der Samplify Robot unter anderem für die Verarbeitung von Reagenzglas-Racks mit offenen Vials und Tubes, Flaschen sowie Multititerplatten mit größeren Kavitäten.

Mit 8,7 kg etwas größer und schwerer ist der Samplify P, der eine Weiterentwicklung des Robot ist und inklusive Liquid-Handling-Einheit Maße von 375 x 375 x 60 mm aufweist. Kennzeichnend ist vor allem seine stärkere Z-Achse, die eine Reichweite von 190 mm und einen Hub von 120 mm bei einer Dauerkraft von über 50 N ermöglicht.

Das Modell erreicht eine Präzision von 0,1 mm und eignet sich in der Variante mit disposable Tips besonders gut für sehr kleine Flüssigkeitsmengen von 0,5...20 µl. Der P ist auch für größere Probenmengen einsetzbar und kann bis zu fünf MTP 96 beziehungsweise MTP 384 verarbeiten. Wenn Bedarf besteht, lässt sich das Gerät außerdem mit einem Umrüst-Kit einfach mit einer Nadel versehen, so dass auch mit Septum verschlossene Vials verwendet werden können.

Bild 4: Der Samplify XL kann bis zu 20 Mikrotiterplatten verschiedener Größen bearbeiten und eignet sich damit besonders für Hochdurchsatzanwendungen und customized Solutions. Das Gerät zeichnet sich durch seine sehr hohe Positioniergenauigkeit und Reproduzierbarkeit von bis zu 0,01 mm aus und ist sehr wartungsarm. Bei Bedarf kann das Modell auch mit unterschiedlichem Zubehör wie etwa Greifern, Detektoren und Mehrkanalköpfen kombiniert werden. (Bild: nevoLab)

Vielseitige Anwendungsmöglichkeiten
Beide Modelle sind in der Grundplatte PTFE- beschichtet sowie aus inertem Material gefertigt und eignen sich damit für fast alle Laborumgebungen. Dabei beschränken sich die Anwendungsmöglichkeiten nicht nur auf die Nutzung als Liquid-Handling-System. In Verbindung mit Schüttlern, Rührern, Temperiereinheiten, Datenzubehör, etc. lassen sich sowohl der Samplify Robot als auch der Samplify P zur Probenvorbereitung, zum Dosieren und Umpipettieren flüssiger Proben nutzen, so z.B. in der Analytik zur Herstellung von Stammlösungen oder Verdünnungsreihen oder als Autosampler mit automatischer Probennahme sowie als Fraktionssammler. So ist die Nutzung in naturwissenschaftlichen Laboren, in der Qualitätssicherung, in der Lebensmittel- und Umwelttechnik wie auch im Life-Sciences-Bereich möglich.

Wichtig war nevoLab insbesondere eine einfache Bedienbarkeit, die durch die eigens entwickelte Software Samplify Script sichergestellt wird. „Da die Benutzeroberfläche intuitiv gestaltet ist, können auch Mitarbeiter ohne tiefergehende Programmierkenntnisse in kürzester Zeit notwendige Einstellungen vornehmen“, erläutert der Geschäftsführer.

Die Software steuert die Roboter über ein spezielles Funkmodul und ist einfach auf Laptop, PC oder Tablet-PC zu installieren. So wird wertvoller Arbeitsplatz in einem Abzug oder einer Laminar Flowbox gespart.

Modulare Bauweise ermöglicht Erweiterung
Die hier vorgestellten Laborautomationssysteme lassen sich individuell auf den Bedarf des jeweiligen Labors abstimmen. So bietet nevoLab eine ganze Palette an Ergänzungen, unter anderem RFID-Pens, Barcode Reader, Fußschalter und Label Printer sowie Spritzen. Auch können bereits bestehende Systeme und Geräte anderer Hersteller, wie z.B. Waagen, leicht integriert werden.

Für individuelle Laborprozesse und Hochdurchsatzanwendungen eignet sich außerdem der Samplify XL, der mit 960 x 600 mm deutlich größer ist und bis zu 20 MTP 96 beziehungsweise 384 mit einem Flüssigkeitsvolumen von 0,5 µl bis 12,5 ml bearbeiten kann.

Mit einer Genauigkeit von 0,01 mm ist er dabei extrem präzise. Individuelle, kundenspezifische Anwendungen wie Stoffdosierungen oder Pick-and-Place stellen so kein Problem mehr dar. Auf Wunsch kann das Modell auch mit unterschiedlichem Zubehör wie etwa Greifern, Detektoren und Mehrkanalköpfen kombiniert werden und eignet sich auch zur Abfüllung im Pharmabereich oder zur Dosierung beim 3D-Druck.

„Die Laborarbeit wird dadurch viel ökonomischer, da die Roboter sehr wartungsarm sind und homogene Ergebnisse liefern. Material kann deutlich eingespart werden, und die Mitarbeiter können sich in der Zwischenzeit anspruchsvolleren Aufgaben widmen“, so nevoLab-Geschäftsführer Manfred Lorenz abschließend.


Über nevoLab
Die nevoLab GmbH mit Sitz in Maierhöfen im Allgäu wurde 2004 als Ingenieurbüro gegründet. Das innovationsgetriebene Unternehmen entwickelt kundenspezifische Lösungen für die Laborautomation, um Abläufe in naturwissenschaftlichen und medizinischen Forschungseinrichtungen zu optimieren. Dazu gehören neben OEM-Komponenten Laborroboter, RFID-Technologien, Software-Programme sowie Datenmanagement- und kundenspezifische Laborautomationssysteme. Die Firma beschäftigt derzeit zehn Mitarbeiter, die häufig eine Doppelqualifikation aus dem natur- und ingenieurwissenschaftlichen Bereich besitzen.

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