Zaden zijn het nieuwe goud. Hoezo? Plantaardig voedsel voedt de steeds groeiende wereldbevolking. Maar klimaatverandering, plagen en ziekten bedreigen de plantenveredeling. Om plantenveredelaars resistente zaden te laten ontwikkelen en beschikbaar te maken voor de landbouw, hebben ze enorme hoeveelheden DNA nodig. Synchron Lab heeft hiervoor de "DNA Factory" ontwikkeld - geautomatiseerd met handlingportalen, elektrische assen, pneumatische grijpers en sensoren van Festo.
Het systeem kan in 24 uur maar liefst 40.000 DNA-monsters extraheren. Het voldoet dus aan de toenemende eisen in laboratoriumautomatisering voor een hoge verwerkingscapaciteit. De vraag naar DNA-stalen is al lange tijd zo groot dat het niet mogelijk zou zijn om zoveel laboratoriumassistenten in dienst te nemen om deze hoeveelheden te leveren. Om nog maar te zwijgen van de personeelskosten. Dankzij deze faciliteit kunnen hooggekwalificeerde laboratoriumassistenten zich concentreren op hun kerncompetentie, het analyseren van resultaten.
Ervaren laboratoriumassistenten slagen er handmatig in om de DNA-extractie van twee microtiterplaten per dag uit te voeren. Met kleine geautomatiseerde benchtopsystemen kan een hoeveelheid van acht microtiterplaten per dag worden bereikt. Met de nieuwe "DNA-fabriek" van Synchron Lab is een verwerkingscapaciteit van 400 microtiterplaten per dag mogelijk. Er is slechts één operator nodig om de microtiterplaten te laden en te ontladen.
"Laboratoria benaderen automatisering nog steeds met een zekere scepsis. Daarom was het belangrijk dat het laboratoriumpersoneel altijd kan zien wat er in de fabriek gebeurt", legt Glenn Dukel, Project and Business Development Manager bij Synchron Lab, uit. Daarom betrokken ze plantenveredelaars bij de ontwikkeling en maakten ze de besturingssoftware zo intuïtief mogelijk, bijvoorbeeld met drag-and-drop elementen.
De installatie extraheert DNA uit geplet plantaardig materiaal. Het uitgangspunt van het proces is een microiterplaat-magazijn dat tot 400 platen kan bevatten – 200 per plaat voor in- en output. Aan het begin van het proces scant de barcodelezer SBSI van Festo alle microtiterplaten. Elektrische assen van het type EGC in combinatie met de DRRD zwenkaandrijving en de DHPS pneumatische grijper pakken de microtiterplaten op en plaatsen ze op werkstukdragers die op een transportsysteem van het ene naar het andere station bewegen.
Om het DNA van andere materialen te scheiden worden gecodeerde metalen microbolletjes, zogenaamde magnetische bolletjes, toegevoegd aan de lysaatmonsters in het eerste station, waaraan het DNA zich hecht terwijl de rest van het materiaal in de microtiterplaten drijft. Hiervoor wordt een bufferoplossing van pure isopropanol opgezogen uit roterende containers met een gecoate silicamagneet en in de microtiterplaten gepipetteerd. Zo begint het proces van DNA wassen.
De pipetteerkoppen worden verplaatst via een EXCH 2D-portaalmanipulator in de X-as en via de EGC-HD elektrische as met de nodige stijfheid in de Z-as. Ook hier zorgen elektrische aandrijvingen met servomotoren van het type EMMT-AS voor nauwkeurige bewegingsafloop. Deze servomotoren zijn voorbestemd voor veeleisende en dynamische toepassingen: Ze worden gekenmerkt door een zeer goede bestuurbaarheid en baangetrouwheid voor positioneringstaken. De ruimtebesparende oplossing met één kabel vermindert ook de installatie-inspanning.
Het tweede en derde station worden gebruikt voor het wasproces. Bij het tweede station wordt de bindmiddelbufferoplossing opgezogen. De magneet vormt een ring met de bufferoplossing. Het DNA blijft achter in de microtiterplaat.
Bij het derde station bevrijdt de bufferoplossing isopropanol het DNA van zouten en ethanol. Hier wordt de doseerkop VTOI van Festo gebruikt. Dit is een efficiënt regelbare doseerkop met 8 kanalen voor microtiterplaten - uitgerust met slechts één ventiel voor acht uitgangen. Met de VTOI kunnen vloeistoffen met zeer lage µl-waarden worden gedispenseerd en geaspireerd. Het proces wordt vier keer herhaald.
Bij het vierde station wordt het DNA van de korrels gescheiden met behulp van een uitwasbufferoplossing. Vier microtiterplaten worden constant tegelijkertijd aan dit proces onderworpen, waardoor het systeem schaalvoordelen kan behalen in vergelijking met andere systemen. ELGC-assen worden gebruikt in de X-richting en EGSC-aandrijvingen in de Y-richting. Evenzo pneumatische grijpers DHPS voor het optillen van de microtiterplaten en de zwenkaandrijving DRRD voor het verplaatsen van de platen.
"Voor ons was het belangrijk om voor dit project een automatiseringspartner aan onze zijde te hebben die staat voor hoge kwaliteit en betrouwbaarheid en wereldwijde beschikbaarheid", voegt Dukel toe. "We hebben daarom gekozen voor automatiseringstechnologie van Festo vrij in lijn met het motto 'The best or nothing', de slogan van een gerenommeerd automobielmerk."
In feite heeft de sterk geautomatiseerde fabriek kenmerken van een autofabriek - met een hoge productiviteit en modulariteit. Synchron Lab zet dus een gouden standaard in DNA-extractie, waardoor zaadproducenten kunnen inspelen op de enorme wereldwijde vraag in de landbouw van de toekomst.
Synchron ontwikkelt oplossingen op maat voor laboratoriumautomatisering en is gespecialiseerd in geautomatiseerde vloeistofverwerking. In zijn sector staat Synchron bekend als een vooruitstrevend en innovatief bedrijf. Sinds 1985 ontwikkelt het bedrijf producten op maat op basis van uitstekende relaties met fabrikanten van laboratoriumapparatuur. Hun producten, zowel software als hardware, worden nu gebruikt in veel laboratoria in heel Europa. Synchron biedt expertise op alle gebieden van automatisering en heeft een schat aan ervaring in de ontwikkeling en marketing van flexibele robotautomatisering.