PCR-Tests sind das Mittel der Wahl zum sicheren Nachweis einer SARS-CoV-2- und anderer Infektionen. Ein Roboter soll künftig das Laborpersonal unterstützen und eine volle Auslastung der Analysegeräte ermöglichen.
Juli 2021 – Durch medizinische und technische Fortschritte wird die Analyse von Gewebe- und Blutproben ein immer wichtigerer Bestandteil der Versorgung kranker Menschen. Der steigende Bedarf und die Varianz an Analysemethoden stellen die Labore jedoch vor vielfältige Herausforderungen.
Manuelle Bearbeitungen bremsen aus
Zu Beginn der COVID-19-Pandemie beispielsweise stieg der Bedarf an Laboranalysen massiv an, konnte jedoch aufgrund von fehlendem Laborpersonal nicht überall gedeckt werden. Aus diesem Grund wollen die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des Lehrstuhls für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der Universität Erlangen-Nürnberg in ihrem Forschungsprojekt FlexACO den PCR-(Polymerase-Kettenreaktion-basierten) Test als sichersten Nachweis einer Infektion weiter automatisieren, um die derzeitigen Engpässe für die Zukunft zu umgehen.
„Zwar erfolgt in großen Zentrallaboren die Probenanalyse meist schon automatisiert in entsprechenden Großgeräten”, berichtet Sebastian Reitelshöfer, Arbeitsgruppenleiter des Forschungsbereichs Biomechatronik, „aber die Vor- und Nachbereitung der Proben erfolgt oft noch manuell. Die Mitarbeitenden müssen zum Beispiel die Probenröhrchen sortieren und die Barcodes darauf auslesen. Eine vollautomatisierte Analyse ist auch nur dann wirtschaftlich, wenn es einen entsprechenden Durchsatz gibt. Das ist bei der klassischen Blutanalyse der Fall, nicht aber bei speziellen Analyseverfahren für seltenere Erkrankungen.” Auch in kleineren Laboren lohnt eine komplette Automatisierung nicht.
Flexible Lösungen sind der Schlüssel zum Erfolg
Entscheidend ist daher, dass das Gesamtsystem möglichst flexibel in das Labor vor Ort integriert werden kann. Das ermöglicht das zenLAB®-Framework der infoteam Software Gruppe. „Das Programm verbindet die unterschiedlichen Maschinen im Labor, so dass auch Geräte verschiedener Hersteller miteinander kommunizieren und entsprechend den jeweiligen Prozessschritten der PCR-Analyse koordiniert werden können“, erläutert Reitelshöfer.
Für die Sortierung der Röhrchen und andere Handhabungsschritte wird ein siebenachsiger Industrieroboter der Firma Yaskawa eingesetzt, der speziell an die hygienischen Vorschriften in medizinischen Laboren angepasst wird. Damit er flexibel und möglichst fehlerfrei diese Schritte durchführt, haben die Forschenden innovative Greif- und Bildverarbeitungskonzepte implementiert. Als assoziierter Projektpartner ist die Abteilung für Transfusionsmedizin des Universitätsklinikums Erlangen beteiligt und steht dem Konsortium für eine anwendernahe Entwicklung beratend zur Seite. Das klinische Labor dient auch als Vorlage für die Gesamtintegration des Robotersystems und für die geplante Evaluation des Automatisierungskonzepts.
Womöglich marktreif in zwei Jahren
Der Roboter kann neben der COVID-19-Analytik natürlich auch andere Laborprozesse flexibel automatisieren. Mithilfe der Software können weitere Laborgeräte und Laborinformations- und managementsysteme eingebunden werden. Dadurch wiederum können unterschiedliche Einzelprozesse, wie das Zentrifugieren, miteinander vernetzt werden oder auch eine automatisierte Dokumentation erfolgen. Mobile Roboter könnten den Transport der Proben innerhalb des Labors übernehmen. Hierfür sind innovative Konzepte zur Erfassung und Kartierung der Umgebung sowie die Lokalisation mittels 3D-Sensorik essentiell, damit es zu keinen Unfällen mit Mitarbeitenden kommt. Erste Anwendungen der Technologien gibt es bereits. Wenn alles gut läuft, kann in etwa zwei Jahren das komplette automatisierte System zur Marktreife kommen.
Beitragsbild: Optische Detektion relevanter Objekte zum flexiblen Einsatz des Robotersystems. | Quelle: FAPS Erlangen
Förderer
Bayerische Forschungsstiftung
Ansprechpartner
Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS)
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Prof. Jörg Franke
Leiter des Lehrstuhls
Tel.: 09131 85 27569
E-Mail: joerg.franke@fau.de
Sebastian Reitelshöfer
Arbeitsgruppenleiter des Forschungsbereichs Biomechatronik
Tel: 019131 85 27962
E-Mail: Sebastian.reitelshöfer@faps.fau.de
Downloads:
Beitragsbild: Optische Detektion relevanter Objekte zum flexiblen Einsatz des Robotersystems. | Quelle: FAPS Erlangen
Bild 1: Handhabung der Probenröhrchen mit Yaskawa Motoman SIA10F zur Vor- und Nachbereitung der COVID-19 Analytik. | Quelle: FAPS Erlangen
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