Laborautomation
Laborautomation
Laborautomation
Set of flashcards Details
| Flashcards | 38 |
|---|---|
| Language | English |
| Category | Biology |
| Level | University |
| Created / Updated | 18.08.2020 / 20.08.2020 |
| Weblink |
https://card2brain.ch/box/20200818_laborautomation
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| Embed |
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Vor und Nachteile von Laborautomation
Vorteile:
Kosten- und Zeitersparnis
Verbesserte Zuverlässigkeit, Qualität, Sicherheit, Reproduzierbarkeit
Schutz des Mitarbeiter vor gefährlicher, anstrengender und monotoner Arbeit
Nachteil
teure Anschaffungs und Wartungskosten
nur bei hohem Durchsatz
Anspruchsvolle Assayentwicklung
wenig flexibel
Schnittstellenprobleme
Ersetzen der Mitarbeiter
Mensch kann auf außerordentliche Ereignisse reagieren
Wo ist Laborautomation auf jeden Fall sinnvoll?
Beim High Throughput Screening
es werden 10.000 bis 1 Mio Compounds gleichzeitig getestet
KAnn nur automatisiert funktionieren
Jedes Compound nur einmal getestet (n = 1)
Wo ist Assayentwicklung komplexer und warum?
Bei Laborautomation --> n = 1 daher keine Mehrfachbestimmung (vor allem nicht bei HTS)
Assay sollte:
extrem robust und zuverlässig sein
so einfach wie möglich
bezahlbar
relevent sein
Durchführen des Assays im kleinen Maßstab und bestimmen des z-Werts um Assay einzuschätzen
z = 1 - (3(Abweichung PK + Abweichung NK)) / |Mittelwert PK - Mittelwert NK|
Bei z = 1 --> ideal
Definition Präzision und Richtigkeit
Präzision entspricht der Streuung der Messwerte untereinander
Richtigkeit entspricht die Entfernung der Messwerte vom tatsächlichen Wert
Definition Selektivität und Spezifität
Selektivität: Analyt ist unabhängig von Pufferzusammensetzung identifizierbar
Spezifität: theoretischer Wert --> frei von Einflüssen in der Probe (100 % selektiv)
Definition Limit of Detection und Limit of Quantification
LOD: Limit ab welcher Konzentration der Analyt in der Probe qualitativ analysiert werden kann
LOD = blanc + k * Anweichung blanc k = 3
LOQ: Limit ab welcher Konzentration der Analyt in der Probe quantitativ analysiert werden kann
LOQ = blanc + k * Abweichung blanc k = 10 (muss weiter von Blanc entfernt sein)
Definition Arbeitsbereich und Sensitivität
Arbeitsbereich: linearer Bereich
Sensititvität: Fähigkeit zwei gering unterschiedliche Konzentrationen unterscheiden zu können (steiler Arbeitsbereich)
Definition Robustheit und Matrixkompatibilität
Robustheit: unabhängig von Analytiker, Umwelt, Pufferhersteller,...
Matrix: keine Matrixeffekte
Was heißt Laborautomation
Transfer von manuellen Labortätigkeiten auf automatisierte Systeme
Wirtschaftliche Aspekte für Laborautomation
Kosten reduzieren
erhöhter Durchsatz
schnellere Analysenzeit
Verringertes Probenvolumen
Verbesserte Sicherheit
Welche Voraussetzungen müssen geschaffen werden um Laborauto einzusetzten
andere Prozesse müssen passen
Budget
Notwenigkeit
Logistik
--> sinnlos wenn Probendurchsatz zwar stimmt, aber vor und nachfolgende Prozesse nicht auf diesen Durchsatz abgestimmt sind
Welche Aspekte können sich bei einem automatisierten ELISA verbessern?
Genaueres Pipettieren --> Genauigkeit und Reproduzierbarkeit
Keine Verwechslung von Gefäßen und Flüssigkeiten
Alle Wells werden gleichzeitig Pipettiert (Timing) --> Reproduzierbarkeit
größere n möglich dadurch verbesserte Abweichung
Was ist ein LUO und wofür?
Laboratory unit operation
Sequenz einer Labortätigkeit, notwendig bei der Planung von Laborautomation
Nutzen und Planung von Laborautomationsschritten
Blöcke von Labortätigkeiten --> z. B. Transport, Vorbereitung, Datenverarbeitung
Eigenschaften Automated Workstation
Bestehend aus min. einem LUO z.B. zentrifugieren und einer worstation controller (z.B. Stoppuhr)
Eingeschaften integrated system/ automated work cell
bestehend aus min. 2 automated workstation die mit einem automated transport system verbunden sind. --> Laborstraße
Was ist random access model was ist linear model
random: ein luo wird immer wieder durch die gleiche Probe besetzt (Tecan)
linear: ein luo wird genau einmal von der gleichen Probe besetzt (Laboratraße)
Komponenten von LAborautomation nennen
Roboterarm
Heater
Mixing device
Platten reader
Hotel
automatisierte Pipette
Barcode reader
Problem bei Laborautomation und evtl Lösung?
Schnittstellen der Softwares!
SiLA Standards für standardtisierte Daten und Geräteschnittstellen
Beispiele vn fixen und flexiblen Zeiten und warum Einteilung wichtig?
fix: Inkubationszeiten, schnellster Transport
flexibel: Schütteln, Pipettiergeschwindigkeit
--> flexible können so angepasst werden, dass Prozess schneller ablaufen kann
Welche Fehler gibt es im Labor und wie können sie beseitigt werden
1. Personenbezogene --> falsche Untersuchung, Interpretation, Planen, Handhabung
--> automatisierte Planung, Verarbeitung und Interpretation
2. Organisatzionsbezogene --> Kommunikation, Traning, Lärm, Gerüche, Umgebung
--> importierte Trainings, Kommunikation über online Tool, Umgebungscheck durch Sensoren
3. Technologiebezogene --> Equipment failure, Interface Problems
--> Selbstcheck und Sensoren
(SENSOREN)
Eigenschaften, Vor- und Nachteile Schalter
Schalter die mechanisch, kontakt, magnetisch
z.B. starten des nächsten Schritts
+ robust
- verschleiß
(SENSOREN)
Eigenschaften, Vor und Nachteile Näherungssensoren
z.B. Kollision und Anwesenheit
sieht Objekte in Nähe
+ lange Lebensdauer
+ detektiert zuverlässig kleine Gegenstände (Liquid in Spitzen)
+ sensitiv
- Kalibrierung nötig
- kann nicht jedes Material detektieren
(SENSOREN)
Eigenschaften, Vor und Nachteile Kraftmessung
Übersetzt Kraft in elektrisches Signal
kann genutzt werden um Masse zu bestimmen
+ sehr genaue Ergebnisse
z.B. Roboterkraft detektieren, Greiferkraft detektieren, Füllstand von Flüssigkeiten, Verfolgen Materialflow
(SENSOREN)
Eigenschaften, Vor und Nachteile Optische Sensoren (Lichtschranke)
Kollision und Anwesenheit
+ große Detektionsweite
- schlecht bei transparenten Materialien
Warum ist automatisiertes Pipettieren genauer?
Reproduzierbare Pipettiergechwindigkeit und Pipettierwinkel
Verschiedene Einstellungen:
- LAG - leading airgap --> Luftpolster das nach dem Volumen zusätzlich ausgeblasen wird
- TAG - tailing airgab --> luftpolster an der Spitze --> Verhindert heraustropen der Flüssigkeit
- Excess volumen --> Überschussvolumen wird am Schluss verworfe
- conditioning volume --> maximale Genauigkeit --> gleicher Miniskus bei jedem Pipettierschritt
- STAG - system tailing airgap --> schutz vor Kontamination zwischen System liquid und abgesaugnter Flüssigkeit
Füllstandmessungen nennen
1. Leitfähigkeit
2. Druckbasiertes Monitoring
3. Ultraschallbasiertes Monitoring
4. Gravimetrisch
Erklärung Leitfähigkeit
Vor und Nachteile
Leitfähigkeit der Flüssigkeit wird zwischen zwei Platen gemessen, Referenzplatten
je höher der Füllstand desto höher die Leitfähigkeit
+ einfach
- tempabhängig
Eigenschaften Druckbasiertes Monitoring
Druck wird unten gemessen und ist abhängig vom Füllstand
- Tempunabhängig
Eigenschaften Ultraschallbasiertes Monitoring
Vor und Nachteile
Ausstrahlen von Ultraschall
Reflektierten der veränderten Luftdichte
+ unbeeinflusst durch Polarität, Ionenstärke oder Flssigkeitsdichte
Eigeschaften Gravimetrisch
Durch Waage
- anfällig, chlechte Echtzeitmessung
+ einfach
Vor und Nachteile POC
+ für alle zugänglich
+ keine Analysenvorbereitung
+ schnelles Ergebnis
+ einfach
- hohe Ansprüche
- Entwicklung
Hardware- und Biochemische Ansprüche
Hardware: einfach (max. 1 Knopf), robust, sehr klein
Biochemisch: schnell, robust --> keine Probenvrbereitung, kleine Probenmenge, verschiedenste Umwelteinflüsse
4 gewöhnliche Prinzipien von POC
- Enzymatische Reaktion
- Lateral Flow Test Streifen
- Elektrochemischer Assay
- Homogene Assays (AK binding in Lösung)
Beispiel für Lateral Flow und Erklärung
Schwangerschaftstest --> Streifen auf dem Probenaufnahme, gelabelte AK (gegen Antigen) im Überschuss
--> Anti-Antigen-AK (pos Streifen)
--> Anti gelabelte AK-AK (Kontrollstreifen)
nur qualitativ
Beispiel für elektrochemischer Assay und Erklärung
Glukose Abbauprodukt wird mit O2 unter anderm zu H2O
H2O wird an Elektrode oxidiert dabei entstehen e-
2e- + O2 + 2H+ <---- H2O
Anzahl an 2e- ist proportional zur Anzahl an Glukosemolekülen
Reaktion nahe an Elektrode, da FAD (Cofaktor) an Nanotube gekoppelt --> e- gelangen direkt an Elektrode
Prinzip von Lab-on-a-disk
Basiert auf Zentrifugalkräften und Paraffinventilen
Laser lässt bestimmte Ventile schmelzen --> Flüssigkeit kann durch Zentrifugalkräfte durchtreten und durchläuft nach bestimmter Reihenfolge diverse Kammern --> Assay
Ventile schließen durch geringere Zentrifugalkräfte
Vorteile Lab-on-a-disk
+ keine aktiven Elemente (Pumpen/Ventile) nötig
+ viele disks parallel
+ hohe Bandbreite an Durchflussrate
+ einfach zu etablieren
+ geringe Herstellkosten
Was ist Unterschied zu Gyrolab?
In automated Workstation
basierend auf Kapillatkräften und Gewichtskraft
weitere Ventilmöglichkeiten: hydrophobe Ventilenge --> wird beim Zentrifugieren überwunden
