Smarte Bench

Cloud-basierte Liquid-Handling-Tools als Lösung für die Reproduzierbarkeitskrise

Die Einführung Cloud-verbundener intelligenter Pipetten und elektronischer Laborbücher zur verbesserten Reproduzierbarkeit und Nachverfolgung von manuellen Arbeitsabläufen im Labor trägt zur Bekämpfung der „Reproduzierbarkeitskrise“ bei.

Scinote ist ein elektronisches Laborbuch - kostenlos und Open-Source. Alle Daten werden entweder in einer Cloud oder auf einem lokalen Server gespeichert, so dass sie für alle Beteiligten gut zugänglich sind. © Gilson

Die Einführung Cloud-verbundener intelligenter Pipetten und elektronischer Laborbücher zur verbesserten Reproduzierbarkeit und Nachverfolgung von manuellen Arbeitsabläufen im Labor trägt zur Bekämpfung der „Reproduzierbarkeitskrise“ bei. Im folgenden Beitrag werden diese jüngsten Innovationen in Liquid Handling und Datenaufzeichnung, aber auch Bedenken ihnen gegenüber sowie deren Überwindung und die Zukunft der „connected bench“ erörtert.

In der Wissenschaft dreht sich alles um überprüfbare Ergebnisse. Sie bestätigen oder widerlegen Theorien, bilden so die Grundlage für wissenschaftliche Erkenntnisse und werden daher immer wieder überprüft. Wissenschaftliche Durchbrüche und die entsprechenden Experimente sollten sich auch von Wissenschaftlern in anderen Laboren immer wieder reproduzieren lassen, aber zu oft ist dies nicht der Fall: Die Wissenschaft ist in einer Reproduzierbarkeitskrise. Mehr als 70 Prozent der Forscher konnten die Ergebnisse aus der Studie einer anderen Person nicht reproduzieren, und mehr als die Hälfte der Forscher waren nicht in der Lage, Ergebnisse aus ihrem eigenen Experiment zu reproduzieren [1].

Obwohl Forscher routinemäßig bahnbrechende Entdeckungen machen, sind viele Prozesse und Vorschriften zur Dokumentation im Labor nicht standardisiert. Das klassische gebundene Laborbuch wird immer noch häufig zum Aufzeichnen und Aufbewahren von Daten verwendet. Daten, die leicht verloren gehen, falsch interpretiert oder durch Verlust der Handaufzeichnungen zerstört werden können. Diese klassische Methode macht es auch schwierig Daten und Ergebnisse mit anderen zu teilen, was jede Art von Überprüfbarkeit erschwert. Ein Zehntel der Probleme mit Reproduzierbarkeit lassen sich derzeit auf Probleme mit Laborprotokollen zurückführen [2].

Anzeige

Forscher versuchen dem entgegenzuwirken. In einer Nature-Studie mit mehr als 1 500 Wissenschaftlern gaben 59 Prozent an, dass sie Verfahren zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit in den letzten fünf Jahren eingeführt haben [1]. Die gleiche Umfrage bot 11 mögliche Lösungen, keine davon schien zufriedenstellend zu sein. Die Branche braucht eine Lösung!

Treten Sie ein: The Internet of Things

Internetfähige intelligente Geräte im privaten Haushalt bieten einen unglaublichen Nutzen für das tägliche Leben. Dieses „Internet of Things“ könnte auch professionell genutzt werden, um die Krise der Reproduzierbarkeit zu bekämpfen, indem der Sammel- und Speicherprozess von Daten sicher und zuverlässig automatisiert wird. Die Automatisierung über intelligente Laborgeräte würde den Fehler durch manuelle Schritte reduzieren und entscheidende Detailinformationen gingen nicht verloren. Der automatische Speicher – als externe Cloud- oder eigene lokale Server-Variante – würde allen Projektbeteiligten die Möglichkeit geben, problemlos Daten auszutauschen und Protokolle zu replizieren.

Pipetten und Laborbücher

Viele Schritte im Labor lassen sich bereits jetzt schon automatisieren und entsprechend einfacher dokumentieren. Für viele Arbeiten ist jedoch das manuelle Pipettieren die beste Lösung. Aus diesem Grund konzentrieren sich Hersteller von Laborgeräten auf die Automatisierung und Innovation der Pipette. Fehler auf dieser Ebene der Forschung wirken sich auf alle anderen Ebenen des Forschungsprozesses aus. „Die Pipette ist der Nullpunkt der Datenerfassung“, sagt Nicolas Paris, Chief Executive Officer von Gilson. Das Unternehmen hat die Cloud-basierte Plattform Gilson Connect entwickelt, um Forschern die Möglichkeit zu geben, die manuellen Schritte ihrer Experimente zu verfolgen, diese Schritte mit größerer Genauigkeit auszuführen und das Risiko von Fehlern zu minimieren.

Pipettman M Connetcted, eine smarte Pipette, ist über Trackman Connected, einem drahtlosen Tablet mit Pipettier-Tracking-Software, verbunden. Diese Produkte sollen helfen Fehler bei der Erhebung und Erfassung von Daten zu verringern. © Gilson

Zu den ersten smarten Produkten, die von der Gilson-Connect-Plattform unterstützt werden, gehören Trackman® Connected und Pipetman® M Connected. Der neue Trackman Connected ist ein All-in-One-Kit, das ein Tablet mit PipettePilot™, einer Mikroplatten-Pipettier-Tracking-Software, enthält. Die App interagiert in Echtzeit mit dem neuen Pipettman M Connected, einer bluetoothfähigen, intelligenten, elektronischen Pipette, und führt den Anwender durch das Pipettierprotokoll. Dabei wird zum Beispiel das im Protokoll hinterlegte Volumen automatisch auf der Pipette eingestellt und die exakte Pipettierposition wird auf der Platte angezeigt.

Durch das automatisierte Verfolgen („Tracking“) und Speichern der Pipettieraktivitäten können Wissenschaftler im Nachhinein die experimentellen Ergebnisse auf Fehler wie Probenverwechslung, Verdünnungsfehler und fehlende Kalibrierung der Pipetten überprüfen. Über einen im Kit enthaltenen Umweltsensor werden auch die Umgebungsbedingungen Temperatur, Luftfeuchte und Luftdruck mit Zeitstempeln aufgezeichnet, da diese Bedingungen die Pipettiergenauigkeit als auch die Probe beeinflussen können.

Probleme bei der Datenerfassung und -wiedergabe tragen ebenfalls zu nicht reproduzierbaren Ergebnissen bei. Schätzungsweise 17 Prozent der wissenschaftlichen Daten gehen jedes Jahr verloren – aufgrund verloren gegangener Laptops, Laborbücher, gelöschter E-Mails und beschädigter Dateien [3]. Die neuen Gilson-Geräte und -Apps beugen diesen Problemen vor, indem sie die Übertragung von Daten und Berichten an sciNote, ein elektronisches Laborbuch – auch Electronic Lab Notebook (ELN) genannt, ermöglichen.

Durch das Senden von Daten an sciNote wird automatisch ein sicherer und konsolidierter Datensatz erstellt, der Projektbeteiligten den sofortigen Zugriff und die Verwaltung der Daten, die Erstellung und den Export von Berichten oder die Überprüfung der Daten nach Jahren wesentlich schneller und zuverlässiger als mit handschriftlichen Laborbüchern ermöglicht.

Alle Ebenen des Prozesses, vom Sammeln von Daten bis hin zum Erstellen von Berichten sind integriert, so dass sie nahtlos zusammenarbeiten. Für die Zukunft ist es wichtig, dass Cloud-basierte Technologien auf diese Weise entwickelt werden. „Wenn wir nicht zusammenarbeiten, könnte ein System aus geschlossenen Kreisläufen und technologischen Pattsituationen uns darin beeinträchtigen, die Wissenschaft reproduzierbar und nachprüfbar voranzutreiben“, sagt Paris.

Welche Bedenken gibt es?

Obwohl IoT in vielen Bereichen weitgehend akzeptiert wurde, sind Labore zurückhaltender und langsamer im Einsatz dieser Technologie. Entwickler wie Gilson und sciNote arbeiten daran, die Bedenken von Forschern zu adressieren, damit diese ihre Arbeit effizienter gestalten können.

Viele Forscher nehmen die elektronischen Laborbücher oder ELNs nur langsam an, weil die Technologie historisch teuer und komplex war. Laut einer sciNote-Studie waren die größten Bedenken gegenüber ELNs Kosten, Benutzerfreundlichkeit und Zugänglichkeit [4]. In Anlehnung an diese Studie machte sciNote sein ELN kostenlos und zu einem Open-Source-Programm. Es ist außerdem so konzipiert, dass verschiedene Labore es auf unterschiedliche Weise verwenden können, anstatt nur für bestimmte Forschungsbereiche.

Scinote ist ein elektronisches Laborbuch - kostenlos und Open-Source. Alle Daten werden entweder in einer Cloud oder auf einem lokalen Server gespeichert, so dass sie für alle Beteiligten gut zugänglich sind. © Gilson

Wissenschaftler machen sich häufig Gedanken über die Budgets ihres Labors, wenn es darum geht, ob sie IoT-Lösungen implementieren wollen. Ziel ist es, diese Technologien kostengünstig in ein breites Spektrum von Laboren zu integrieren. „Eines der Dinge, die wir nicht fördern wollen, ist, dass die Forschung mit zwei Geschwindigkeiten läuft“, sagt Paris. „Schließlich wollen wir keine ELN-verbundenen Labore auf der einen Seite und nicht-ELN-verbundene Labore auf der anderen Seite“, so Paris weiter.

Es ist auch wichtig, die mit neuen Technologien verbundene Lernkurve zu berücksichtigen. Pipetten sind grundlegendes Werkzeug. Wenn die Forscher erst lernen müssten, wie man es benutzt, würde dies Zeit und Geld verschwenden und die anfänglichen Ergebnisse abbremsen. Entwickler wie die von Gilson wollen den Übergang so einfach wie möglich gestalten. Die IoT-Pipette wird daher genau wie eine herkömmliche Pipette verwendet. Es gibt keine Unterschiede in der Handhabung. „IoT-Systeme sollten keine neue Art darstellen, etwas zu tun; vielmehr sollten sie das verbessern, was Wissenschaftler sowieso tun“, sagt Paris.

Fazit

Wenn das Ziel darin besteht, überprüfbare und reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, ist die Einbeziehung von IoT in das Labor ein wichtiger Schritt in die richtige Richtung. Um die Einführung so einfach wie möglich zu machen, werden bei der Produktentwicklung solcher Systeme die Anforderungen und Bedenken von Anwendern analysiert und berücksichtigt. Durch IoT können Fehler signifikant verringert werden, und Forscher können sich auf das konzentrieren, was wirklich zählt: Ergebnisse erzielen.

Referenzen

  1. M. (2016). 1,500 scientists lift the lid on reproducibility, 533(7604). doi: 10.1038/533452a.
  2. L. P., Cockburn, I. M., & Simcoe, T. S. (2015). The Economics of Reproducibility in Preclinical Research. PLOS Bioloy PLoS Biol, 13(6). doi:10.1371/journal.pbio.1002165.
  3. TH et. al. (2013). The Availability of Research Data Declines Rapidly with Article Age. Current Biology, 24(1). http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2013.11.014.
  4. S., Willoughby, C., Gibbins, N., Whitby, R., Frey, J. G., Erjavec, J., ... & Kovač, K. (2017). Electronic lab notebooks: can they replace paper? Journal of cheminformatics, 9(1), 31. https://doi.org/10.1186/s13321-017-0221-3.

AUTORIN

Tiphaine De Jouvencel
Produktmanager
Gilson

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige

ZEW

Chemieindustrie hat Potenzial bei Digitalisierung

Aus der Studie „Innovationsindikatoren Chemie 2018“ des ZEW geht hervor, dass die Möglichkeiten für digitale Innovationen in der Chemie-Branche noch nicht alle ausgeschöpft werden. Zwei große Baustellen zeigt die Studie mit Blick auf...

mehr...
Anzeige

Effizienz und Leistung

Die neue Pioneer mit vielen Funktionen zum intelligenten Betrieb in Ihrem Labor. Mit antistatischem Stab zur Erdung. Weitere Informationen über die Waagen Pioneer PX

 

mehr...
Anzeige
Anzeige

Highlight der Woche

Quadrupol-Massenspektrometer PrismaPro®
Mit dem PrismaPro bietet Pfeiffer Vacuum ein Quadrupol-Massenspektrometer für die qualitative und quantitative Gasanalyse sowie zur Lecksuche an.

Zum Highlight der Woche...
Anzeige

Highlight der Woche

Perfekte GCMS-Ergebnisse dank Shimadzu NX-Technologien
Shimadzu erweitert die Singlequad- und Triplequad-GCMS um den Gaschromatographen GC-2030. Damit werden Analysen präziser, Wartungsarbeiten vereinfacht und die Geräteauslastung maximiert.

Zum Highlight der Woche...

Newsletter bestellen

Immer auf dem Laufenden mit dem LABO Newsletter

Aktuelle Unternehmensnachrichten, Produktnews und Innovationen kostenfrei in Ihrer Mailbox.

AGB und Datenschutz gelesen und bestätigt.
Zur Startseite