Als de coronapandemie ons iets heeft geleerd, dan is het wel dat laboratoria een grote behoefte hebben aan een hoge doorvoer van samples. Zelfs met hooggekwalificeerd laboratoriumpersoneel is het niet langer mogelijk om aan deze vraag te voldoen. Laboratoriumprocessen konden niet langer om automatisering heen. Daarom ontwikkelde het Nederlandse bedrijf MolGen de PurePrep TTR, die 320 samples per uur kan prepareren voor verdere moleculaire verwerking. Met aan boord: laboratorium-automatiseringstechnologie van Festo.
MolGen is een wereldwijde leverancier van complete oplossingen voor DNA/RNA-isolatietechnologie met hardware, reagentia, verbruiksartikelen, software en diensten voor menselijke en dierlijke diagnostiek, landbouw en de biotechnologische industrie. De automatiseringsoplossingen van het bedrijf zijn ontwikkeld voor de specifieke behoeften van zijn klanten en houden altijd rekening met de nieuwste technologie in de biowetenschappen.
“Toen we MolGen oprichtten, waren onze belangrijkste activiteiten hoge sample-doorvoer in laboratoria voor dierlijke en plantaardige genetica. We hadden veel kennis over de chemicaliën die daarvoor nodig waren”, legt Niels Kruize uit. Kruize is CEO van MolGen en een van de drie oprichters van het innovatieve bedrijf.
Snel gegroeid
Tijdens de coronapandemie werden op grote schaal laboratoria gebouwd omdat een hoge doorvoer van monsters essentieel was. “Daar kwam MolGen bij. Vanuit de processen en onze hoge doorvoerexpertise hebben we diverse apparaten ontwikkeld. De ervaring die er was in hoge doorvoer werd acuut nodig tijdens de coronapandemie. In zeer korte tijd, dat wil zeggen binnen 2 tot 3 jaar, groeiden we van vijf naar nu ruim 130 medewerkers”, legt Kruize uit, verwijzend naar zijn vestigingen in Nederland, maar ook in het Verenigd Koninkrijk en de VS.
320 samples per uur
Eén van de laatste ontwikkelingen is de PurePrep TTR. Dit is een geautomatiseerd apparaat voor vloeistofverwerking met hoge verwerkingscapaciteit die vloeistof snel, nauwkeurig en consistent overbrengt van buisjes naar Deep Well microtiterplaten. “De PurePrep TTR heeft een doorvoer van 320 samples per uur en vervangt daarmee eigenlijk vier mensen in een laboratorium”, legt Kruize uit.
“Laboranten, vaak mbo of hbo geschoolde medewerkers, moeten bepaalde handelingen verrichten. Denk aan het oppakken van een sample, daar het dopje vanaf draaien, dopje neerleggen, dan uitpipeteren en dat overbrengen naar een plaat. Dat is eigenlijk verstomd werk, het is mensfoutgevoelig, het kan contaminatie geven en het is een traag proces. We kunnen laboranten beter anders inzetten, zodat ze zich kunnen bezighouden met analyses en de testresultaten. De PurePrep TTR voert deze handelingen geautomatiseerd uit. Al die buisjes worden ‘gedecapped’, daar wordt uit gepipetteerd, heel snel tot 320 buisjes per uur. Schoon, snel en efficiënt.”
Samenwerking op basis van vertrouwen
Zowel de buisjes als de platen zijn voorzien van barcodes die door scanners worden gelezen om de monsters tijdens de volledige workflow te volgen en te traceren. Dit systeem is ontwikkeld om de hands-on tijd te verminderen, de nauwkeurigheid van het lab te verhogen, besmettingsrisico’s te verminderen door buizen te ontsluiten en af te sluiten en monsters over te brengen van de buizen naar de platen.
“Ik werk al tien jaar samen met Festo, vooral met Festo Nederland”, meldt de MolGen-CEO. Voor hem is de samenwerking bijzonder omdat ze altijd bereid zijn meer te doen dan alleen standaardproducten te verkopen. “Hun Innovation Unit speelt in op onze wensen en laat ons werken met modules in proefprojecten. Dat was het geval met de CPX-E controller en nu met de ‘Magic Box’, zoals wij het noemen, de PGVA decentrale druk- en vacuümgenerator”, aldus Kruize, die zegt: “Wij waren een van de eersten, misschien zelfs de eerste, die er gebruik van maakten.”
Passie voor automatisering
“De PGVA zit enigszins verborgen in de machinebehuizing”, legt Bert Baas uit. Hij is sales engineer voor laboratoriumautomatisering bij Festo. De PGVA integreert compressor, luchtvoorbereiding inclusief filtersysteem, tank en elektronische druk- en vacuümregeling in een zeer kleine ruimte. “Om aan de grote vraag tijdens de coronapandemie te voldoen, hebben we de druk- en vacuümgenerator aan MolGen overgedragen terwijl het product zich nog in de technische release-fase bevond”, meldt Baas.
“Bij PGVA ervaar je de passie voor automatisering die de verschillende teams van Festo tentoonspreiden, wat leidt tot succesvolle gezamenlijke oplossingen met ons. Dat schept vertrouwen in elkaars capaciteiten om veel sneller en flexibeler prototypes en systemen te bouwen”, voegt Kruize in zijn conclusie toe.
Drukgestuurd pipetteren
Voor het pipetteren wordt de DHOE pipetteerkop gebruikt. Deze kan de kleinste pipetteervolumes tot 1 µl met hoge pipetteerprecisie transporteren. Bij een open pipetteersysteem met de DHOE-pipetteerkop voor eenvoudig vloeistoftransport kunnen de belangrijkste pipetteerfuncties naar wens worden geconfigureerd en flexibel worden uitgebreid. Het systeem is ook compatibel met grote pipettips. Dankzij de hoge chemische bestendigheid is de pipetteerkop klaar voor een breed scala aan vloeistoffen met verschillende viscositeiten. “Met het drukgestuurde principe kun je het pipetteerproces heel precies instellen. Dit is niet mogelijk met een seringe-based systeem. De knowhow zit duidelijk in de vloeistofniveau-detectie”, zegt Kruize.
Fascinerende niveaudetectie
Bij de PurePrep TTR, uitgerust met twee Scara robots, pakt de eerste robotarm een monsterflesje bij het deksel op met een elektrische grijper en brengt het naar een positie waar het deksel wordt verwijderd. Na het openen transporteert de tweede robotarm de vloeistof uit het monsterflesje naar de microtiterplaat met behulp van de DHOE-pipetteerkop.
“Daarbij kan het pipetteersysteem zelfs nauwkeurig het vloeistofniveau in een monsterflesje bepalen door middel van zeer nauwkeurige aanpassing van druk en vacuüm via de PGVA”, legt Bastiaan Ebbelaar, applicatiespecialist bij MolGen, uit. Voor Ebbelaar persoonlijk is de niveaudetectie de meest fascinerende eigenschap. Parallel aan de vloeistofbehandeling sluit de eerste robotarm de geopende monsterflacon en plaatst deze terug in het rek. Daarna gaat hij verder met de volgende monsterflacon.
Eindeloze mogelijkheden in laboratoria
In een zeer snel veranderende omgeving moeten bedrijven als MolGen meebewegen met de vraag van de klant. Uitdagingen in de toeleveringsketen en technologische mogelijkheden vragen om veel flexibiliteit en een echte can-do mentaliteit van hun engineers, maar ook van externe partners, zoals Festo.
Kruize tot slot: “De passie voor automatisering die de verschillende teams van Festo ‘ademen’ is een drijfveer voor onze beide bedrijven. Ook hier stelt dit vertrouwen in elkaars mogelijkheden ons in staat om veel sneller en flexibeler prototypes te maken en systemen te bouwen. Wij stellen ons voor dat elk laboratorium voor moleculaire biologie verschillende vormen van automatisering zal omarmen die eindeloze mogelijkheden in hun lab zullen creëren.”
Ook interessant: Festo toont de BionicCellFactory: de industrialisatie van biomassa