zurück zur Themenseite

Automatisierungsansätze für mehr Konnektivität

Smart Labs

In den letzten Jahren hat sich deutlich gezeigt, dass aufstrebende Technologien in der Lage sind, die Einhaltung von Qualitätsstandards zu verbessern und Experimente zu optimieren. Laborautomatisierung wurde dabei als eine Schlüsselkomponente zur Erhöhung der Produktivität in Forschung und Entwicklung identifiziert, wobei Laborumgebungen vernetzt werden und zunehmend ohne menschliche Hilfe gearbeitet werden kann.
© Gorodenkoff/Shutterstock.com

Das Konzept der Automatisierung wird häufig mit eigenständigen Maschinen in Verbindung gebracht, die bei hohem Durchsatz tausende von Proben pro Tag verarbeiten können. Die zunehmende Digitalisierung bringt jedoch auch neue Automatisierungsansätze hervor, die sich unter dem Begriff der ‚Smart Labs‘ zusammenfassen lassen. Dabei wird eine Teilautomatisierung von Experimenten in kleinstem Maßstab realisiert und die Laborumgebung kann agiler und flexibler gestaltet werden, um die effiziente Vernetzung von Geräten, Softwaresystemen und auch Forschern zu ermöglichen. Ein Smart Lab zu realisieren bedeutet nicht, dass im Zuge der Automatisierung die vorhandene Laborausrüstung ausgetauscht werden muss.

Was Automatisierung für das Labor bedeutet

Die Labor-Automatisierung ist ein Begriff, der seinen Ursprung in den 1980er Jahren hat und auf das Testen von neuen Medikamenten in der Pharmaindustrie zurückzuführen ist. Das Hauptziel war, ähnlich wie in anderen Fertigungsindustrien zu dieser Zeit, die Entlastung des Personals für produktivere Arbeit. Im Laufe der Jahre gab es mit der Weiterentwicklung wissenschaftlicher Prioritäten zusätzliche Beweggründe für die Einführung zur Verfügung stehender innovativer Technologien im Labor. Es geht nicht mehr nur um die Steigerung der Produktivität, sondern auch um die Präzision, Konformität und Zuverlässigkeit der Ergebnisse.

Anzeige

Beispielsweise finden sich in heutigen Laboren Pipettierroboter, welche die akkurate Experimentdurchführung bei maximaler Präzision ermöglichen sowie spezialisierte „Workstations“, mit denen es möglich ist, bestimmte Experimentabläufe autonom durchzuführen. Solche automatisierten Laboranlagen ähneln Produktionsanlagen.

Automatisierte Systeme für F&E

Automatisierung im traditionellen Sinne bezieht sich auf Hochdurchsatzprozesse für eine voll optimierte Produktion im großen Maßstab. Dies berücksichtigt jedoch nicht die regulären Forschungslabors, in denen die Arbeitsabläufe variieren, um z. B. neue Medikamente zu erforschen. Ein intelligenter Laboransatz im Zuge des Smart Lab kann dabei sich wiederholende Schritte, wie das Wiegen und Rühren von Komponenten, automatisieren und mit manuellen Tätigkeiten flexibel in Workflows verknüpfen.

Weiterhin haben unterschiedliche Forschungsbereiche diverse Anforderungen an die verwendete Dokumentationssoftware, welche letztendlich auch mit den generierten Daten versorgt werden sollte. Die Konnektivität der Vielfalt vorhandener Geräte zum Laborinformationsmanagementsystem (LIMS) oder elektronischen Laborjournal (ELN) schafft zusätzliche Hindernisse. Die Nachfrage nach agilen Automatisierungsformen, die die bestehende Dokumentation unterstützen und mit den vorhandenen Arbeitsgeräten verbunden werden können, ist gestiegen. Mit sogenannten Laboratory Execution Systems (LES) steht eine Art der Laborautomation zur Verfügung, die es ermöglicht, vorhandene Laborgeräte und -einrichtungen mit der Cloud oder dem lokalen Server und somit der bevorzugten Dokumentation zu verbinden.

Das Labor der Zukunft

In Verbindung mit der Internet-der-Dinge (IoT)-Technologie können Wissenschaftler eine neue Art der Automatisierung nutzen, um die bestehende Laborinfrastruktur zu steuern und Arbeitsabläufe zu koordinieren. Dies bedeutet, dass Forscher jeden Aspekt eines Experiments von Anfang bis Ende überwachen könnten, was das Ressourcenmanagement und die Zusammenarbeit im Team nicht nur einfacher, sondern auch sicherer und effizienter macht. Mit angeschlossenen Geräten, die Temperatur, Bewegung und andere experimentelle Parameter ständig überwachen, ist es möglich, dass ein Wissenschaftler ein Experiment durchführen kann, ohne tatsächlich im Labor anwesend zu sein. Dies wiederum ermöglicht eine größere Flexibilität für Planung und Durchführung von Experimenten.

Möglichkeiten einer IoT-Lösung für Smart Labs. © Labforward

Das Labor zeichnet sich durch eine heterogene Gerätelandschaft aus. Dabei spielt nicht nur die Vielfalt von Laborgeräten eine Rolle, sondern auch der Umstand, dass sie von verschiedenen Herstellern stammen. Laboratorien verwenden beispielsweise eine Eppendorf-Zentrifuge, einen „ThermoScientific NanoDrop“, ein Biorad-PCR-Gerät oder ein Tecan-Plattenlesegerät, um nur einige zu nennen. Die Geräte unterscheiden sich weiterhin im Alter, einige sind neu, während andere Geräte 30 Jahre alt sein können.

Diese Art der Mix-Match-Umgebung, insbesondere in Bereichen, in denen bisher kein Automatisierungssystem zum Einsatz gekommen ist, erfordert ein hohes Maß an Flexibilität, um beispielsweise auf eine kurzfristige Änderung der Auftragslage oder ein modifiziertes Analyse- oder Syntheseverfahren reagieren zu können.

Unter Berücksichtigung der obigen Beobachtungen lassen sich vier übergeordnete Anforderungen an eine IoT-Lösung für Smart Labs ableiten:

  • Kompatibilität zu einer großen Vielfalt von Laborgeräten verschiedener Hersteller
  • Berücksichtigung von verschiedenen Arten der Integration
  • Sog. „Retrofit“-Lösung: Anschlussfähigkeit zu älteren Systemen und Geräten
  • Flexibilität zur Anpassbarkeit und Erweiterung nach individuellen Bedürfnissen 

Konnektivität im Labor

Die Automatisierung von Laboren nach der traditionellen Definition hat bereits bedeutende Veränderungen des Produktivitätsniveaus bewirkt, beispielsweise ist die Herstellung von Arzneimitteln einfacher und effizienter geworden. Dennoch ist dies nur die Spitze des Eisbergs. Fortschritte in Technologie und Software bringen neue Wege hervor für effizientere Vorgänge in Forschung und Entwicklung und die Durchführung sowie Dokumentation von Experimenten von Anfang bis Ende zu verbessern. Der „Smart Labs“-Ansatz kann eine agile Lösung zur Experimentdurchführung bieten mit der Möglichkeit, an jede Form der wissenschaftlichen Forschung angepasst zu werden, und so eine besondere Konnektivität im Labor erreichen.

AUTORIN

Phoebe Chubb
Labforward GmbH
contact@labforward.io
www.labforward.io

Anzeige
zurück zur Themenseite

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige
Anzeige

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