Robótica de laboratorio

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Robots del laboratorio haciendo análisis químico de la digestión ácida.

Robótica de laboratorio es el acto de usar robots en Biología o química laboratorios. Por ejemplo, las compañías farmacéuticas emplean robots para moverse muestras biológicas o químicas para sintetizar nuevas entidades químicas o para probar el valor farmacéutico de materia química existente.[1][2] Robótica avanzados de laboratorio puede utilizarse para automatizar completamente el proceso de la ciencia, como en el Robot científico proyecto.[3]

Los procesos de laboratorio son adecuados para automatización robótica como los procesos están compuestos por movimientos repetitivos (selección y lugar, adiciones de líquidos y sólidas, calefacción/refrigeración, mezcla, temblando, pruebas).

Contenido

  • 1 Historia
  • 2 Aplicaciones
    • 2.1 Laboratorio de biología robótica
    • 2.2 Aplicaciones farmacéuticas
    • 2.3 Síntesis combinatoria biblioteca
    • 2.4 Purificación
  • 3 Ventajas y desventajas
    • 3.1 Ventajas
    • 3.2 Desventajas
  • 4 Referencias

Historia

Síntesis automatizada que se originó con péptido y síntesis de oligonucleótidos. Un ejemplo temprano es la reacción en cadena de polimerasa (PCR) que es capaz de amplificar ADN filamentos usando un Termociclador para controlar la síntesis de ADN mediante el ajuste de temperatura usando un programa de computadora hecha de antemano. Desde entonces, la síntesis automática ha sido aplicada a la química orgánica y ampliado en tres categorías: sistemas de reacción en bloque, sistemas de brazo robot, y sistemas de fluidos no-robóticos.[4] El objetivo principal de cualquier mesa de trabajo automatizado es procesos de alto rendimiento y reducción de costos.[5] Esto permite un laboratorio sintético operar con menor número de personas que trabajan más eficientemente.

Aplicaciones

Laboratorio de biología robótica

Un ejemplo de pipetas y microplacas manipulados por un robot antropomorfo (Andrew Alliance)

Muestras biológicas y químicas, en estado líquido o sólido, se almacenan en frascos, placas o tubos. A menudo, necesitan ser congelado o sellado para evitar la contaminación o para conservar sus propiedades químicas o biológicas. Específicamente, la industria de Ciencias de la vida ha estandarizado en un formato de placa, conocido como el placa de microtitulación,[6] para almacenar las muestras.

La placa de microtitulación estándar fue formalizada por la sociedad para la detección Biomolecular en 1996.[7] Normalmente tiene 96, 384 o incluso 1536 pocillos muestra dispuestos en una matriz rectangular 2:3. La norma regula bien dimensiones (diámetro, espaciamiento y profundidad) así como las propiedades de la placa (p. ej., dimensiones y rigidez).

Un número de compañías ha desarrollado robots para manejar específicamente SBS microplacas. Estos robots pueden ser controladores de líquido que aspira o dispensa muestras líquidas desde y hacia estas placas o "movers placa" que transportan entre instrumentos.

Otras compañías han empujado la integración aún más: en la cima de interconexión a los consumibles específicos utilizados en biología, algunos robots (Andrew[8] por Andrew Alianza, véase el cuadro) han sido diseñados con la capacidad de interconexión para pipetas volumétricas usados por biólogos y personal técnico. Esencialmente, toda la actividad manual de manejo de líquidos se puede realizar automáticamente, permitiendo que a los seres humanos pasar su tiempo en actividades más conceptuales.

Empresas de instrumento han diseñado lectores de placa que puede llevar a cabo detectar eventos biológicos, químicos o físicos específicos en las muestras almacenadas en estas placas. Estos lectores suelen utilizan ópticas o visión por computador técnicas para evaluar el contenido de los pocillos de la placa.

Aplicaciones farmacéuticas

Una importante zona donde se ha aplicado la síntesis automática es la determinación de la estructura en investigación farmacéutica. Procesos tales como RMN y HPLC-MS Ahora pueden tener la preparación de la muestra realizada por el brazo robótico.[9] Además, análisis de proteínas estructurales pueden hacerse automáticamente usando una combinación de la RMN y Cristalografía de rayos x. Cristalización a menudo toma cientos o miles de experimentos para crear un cristal de proteína adecuado para Cristalografía de rayos x.[10] Una máquina automatizada Micropipetas puede permitir casi 1 millón cristales diferentes para crear a la vez y analizados mediante cristalografía de rayos x.

Síntesis combinatoria biblioteca

Robótica tienen aplicaciones con Química combinatoria que tiene gran impacto en la farmacéutica industria. El uso de la robótica ha permitido para el uso de cantidades mucho menores reactivo y la expansión masiva de quimiotecas. El método de "síntesis paralela" puede mejorarse con la automatización. La principal desventaja a "paralelo-síntesis" es la cantidad de tiempo necesario para desarrollar una biblioteca, automatización normalmente se aplica para hacer este proceso más eficiente.

Los principales tipos de automatización se clasifican según el tipo de sustratos de la fase sólida, los métodos para agregar y quitar los reactivos y el diseño de cámaras de reacción. Resinas poliméricas pueden utilizarse como un sustrato para la fase sólida.[11] No es un método combinatorio en el sentido "split-mix" donde un péptido compuesto está dividida en diferentes grupos y reaccionó con diferentes compuestos. Esto es entonces mezclado juntos se dividen en más grupos y cada grupo se reaccionó con un compuesto diferente. En cambio el método de "síntesis paralelo" no se mezclan, pero reacciona con diferentes grupos del mismo péptido con diferentes compuestos y permite la identificación del compuesto individual de cada soporte sólido. Un método popular es el sistema de bloque de reacción debido a su relativo bajo costo y mayor salida de nuevos compuestos en comparación con otros métodos "URL-síntesis". Paralelo-síntesis fue desarrollada por Mario Geysen y sus colegas y no es un cierto tipo de síntesis combinatoria, pero pueden ser incorporada en una síntesis combinatoria.[12] Este grupo sintetizado 96 péptidos en pernos de plástico recubiertos con un soporte sólido para la síntesis de péptidos de fase sólida. Este método utiliza un bloque rectangular movido por un robot para que los reactivos pueden ser pipetea por un sistema robótico de pipeteo. Este bloque se separa en pozos que las reacciones individuales toman lugar. Estos compuestos son troceados después de la fase sólida del pozo para su posterior análisis. Otro método es el sistema de reactor cerrado que utiliza un totalmente cerrado de recipiente de la reacción con una serie de conexiones fijas a dispensar. Aunque los productos de menor número de compuestos que otros métodos, su principal ventaja es el control de los reactivos y condiciones de reacción. Sistemas de reacción cerrado temprano fueron desarrollados para la síntesis de péptidos que requirió las variaciones de temperatura y una amplia gama de reactivos. Algunos robots sistema reactor cerrado tienen un rango de temperatura de 200 ° C y más de 150 reactivos.

Purificación

Destilación simulada, un tipo de cromatografía de gases método utilizado en el petróleo, la prueba puede ser automatizado mediante robótica. Un más viejo método utiliza un sistema llamado ORCA (Robot optimizado para el análisis químico) fue utilizado para el análisis de muestras de petróleo por destilación simulada (SIMDIS). ORCA ha permitido para tiempos de análisis más cortos y ha reducido la temperatura máxima necesaria para eluir compuestos.[13] Una ventaja importante de la automatización de purificación es la escala a la que se pueden hacer separaciones.[14] Uso de microprocesadores, separación de intercambio iónico puede realizarse en una escala de nanoliter en un corto periodo de tiempo.

Robótica han sido implementados en extracción líquido-líquido (LLE) para agilizar el proceso de preparación de muestras biológicas mediante placas de 96 pocillos.[15] Este es un método alternativo a los métodos de extracción en fase sólida y precipitación de la proteína, que tiene la ventaja de ser más asistencia reproducible y robótica ha hecho LLE comparable en velocidad de extracción en fase sólida. La robótica utilizada para LLE puede realizar una extracción completa con cantidades en la escala de microlitro y realizar la extracción en tan sólo diez minutos.

Ventajas y desventajas

Ventajas

Una de las ventajas de procesamiento más rápido de la automatización, pero eso no es necesariamente más rápida que un operador humano. Repetibilidad y reproductibilidad han mejorado como sistemas automatizados como menos propensos a tener variaciones en las cantidades de reactivo y menos propensos a tener variaciones en las condiciones de reacción. Típicamente la productividad se incrementa desde las limitaciones humanas, tales como las limitaciones de tiempo, ya no son un factor. Generalmente se mejora eficiencia como robots pueden trabajar continuamente y reducir la cantidad de reactivos utilizados para llevar a cabo una reacción. También hay una reducción en el desperdicio de material. Automatización también puede establecer entornos de trabajo más seguros desde compuestos peligrosos no tienen que ser manejados. Adicionalmente, automatización permite personal concentrarse en otras tareas que no son repetitivos.

Desventajas

Normalmente el costo de una única síntesis o evaluación muestra son caros para configurar y poner en marcha el costo para la automatización puede ser costoso. No han desarrollado muchas técnicas para automatización todavía. Además difícilmente es automatizar las instancias donde se requiere tales como cambios de color de análisis visual, reconocimiento o comparación. Esto también conduce al análisis se limita por las entradas sensoriales disponibles.Una desventaja potencial es una escasez de trabajo aumenta como automatización puede reemplazar a los funcionarios que hacen tareas fácilmente replicadas por un robot. Algunos sistemas requieren el uso de lenguajes de programación como C++ o Visual Basic para ejecutar tareas más complicadas.[16]

Referencias

  1. ^ Mortimer, James A.; Hurst, w. Jeffrey (1987). Robótica de laboratorio: una guía para la planificación, programación y aplicaciones. Nueva York, N.Y: VCH Publishers. ISBN0-89573-322-6.
  2. ^ Ward, B. K.; Perozzo, M. A.; Zuk, W. M. (1988). "Preparación automática de cristales de proteínas utilizando el robótica de laboratorio e inspección automatizada visual". Diario de crecimiento cristalino 90:: 325. Doi:10.1016/0022-0248 (88) 90328-4. editar
  3. ^ Rey, R. D.; Whelan, K. E.; Jones, F. M.; Reiser, P. G. K.; Bryant, C. H.; Muggleton, S. H.; Kell, D. B.; Oliver, G. S. (2004). "generación de hipótesis genómica funcional y la experimentación de una científico robot". Naturaleza 427 (6971): 247-252. Doi:10.1038/nature02236. PMID14724639.editar
  4. ^ Nicholas W Hird Hoy el descubrimiento de fármacosVolumen 4, número 6, p.265-274 (1999) [1]
  5. ^ David corcho, Tohru Sugawara. Automatización del laboratorio en las industrias químicas. CRC Press, 2002.
  6. ^ Barsoum, S. I.; Awad, A. Y. (1972). "Prueba de aglutinación de placa de microtitulación para anticuerpos contra Salmonella". Microbiología Aplicada 23 (2): 425-426. PMC380357. PMID5017681.editar
  7. ^ "Estandarización de microplacas, informe 3" enviado por T. Astle Journal of Biomolecular Screening (1996). Vol. 1 no. 4, pp 163-168.
  8. ^ manos libres utilizar pipetasOctubre de 2012, obtenido el 30 de septiembre de 2012
  9. ^ Gary A. McClusky, Brian Tobias. "Automatización del análisis de la estructura en i+d farmacéutica,." Diario de gestión de sistemas de información (1996).
  10. ^ Heinemann, Udo, Gerd Illing y Hartmut Oschkinat. "Determinación de estructura de proteína tridimensional de alto rendimiento." Current Opinion in Biotechnology 12.4 (2001): 348-54.
  11. ^ Hardin, J.; Smietana, f el., química de automatización combinatoria: una cartilla sobre sistemas robóticos benchtop. Mol Divers 1996, 1 (4), 270-274.
  12. ^ H. Geysen M., r. H. Meloen, S. J. Barteling Proc. nacional Acad. sci USA 1984, 81, 3998.
  13. ^ William F. Berry, V. G., Automated simulado destilación usando un sistema robot articulado laboratorio. Journal of Chemistry automático 1994, 16 (6), 205-209.
  14. ^ Paegel, Brian M., Stephanie H. I. Yeung y Richard a. Mathies. "Bioprocessor de microchip para la purificación de las muestras Nanovolume integrado y secuenciación del ADN". Química analítica 74.19 (2002): 5092-98.
  15. ^ Peng, S. X.; Rama, T. M.; King, S. L., totalmente automatizado Liquid−Liquid de 96 pozos de extracción para el análisis de muestras biológicas mediante cromatografía líquida con espectrometría de masas en tándem. Analítica química 2000, 73 (3), 708-714.
  16. ^ Cargill, F. J.; LEBL, M., nuevos métodos de química combinatoria — síntesis robótica y paralelo. Current Opinion in Biología química 1997, 1 (1), 67-71.

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