40.000 DNA-Extraktionen täglich

Schön, wenn es auch mal schnell geht: 20 Minuten je Extraktionsprozess und alle 2,5 Minuten eine neue Platte – das niederländische Unternehmen Synchron Lab Automation hat in Zusammenarbeit mit Festo eine kleine automatisierte Fabrik zur DNA-Extraktion entwickelt. Kunden in der Saatgutindustrie können damit pro Tag DNA aus bis zu 40.000 Proben gewinnen.

„Tatsächlich haben wir eine sehr kleine Fabrik gebaut," erklärt Niels Kruize, verantwortlich für das Business Development bei Synchron Lab Automation. „Vor kurzem hat einer unserer Kunden eine unbezahlbare Aussage gemacht. Er sagte: ‚Das ist so schön und gleichzeitig so einfach, ich verstehe einfach nicht, warum es nicht schon einmal erfunden wurde.‘“

Das Verfahren, das auf der Maschine läuft, wird in der Agrarindustrie zur Pflanzenzüchtung eingesetzt. Dabei wird DNA aus zerkleinertem Pflanzenmaterial extrahiert. Komponenten von Festo übernehmen in allen Phasen entscheidende Funktionen. Der Ausgangspunkt des Prozesses ist ein Mikrotiterplatten-Magazin, das bis zu 400 Platten aufnehmen kann – jeweils 200 für In- und Output. Bert Baas, Key Account Manager bei Festo erklärt: „Dies hier ist ein perfektes Beispiel für eine Kombination aus Industrie- und Laborautomatisierung.“ Die Hardware der Maschine ist in Funktionen unterteilt, die jeweils so einfach und effizient wie möglich gestaltet sind. Die kleine Fabrik ist mit seriellen statt mit parallelen Antrieben ausgestattet. Die Platten werden kontinuierlich in den Pipettier-, Spül- und Waschstationen bewegt und positioniert.

Von Anfang an wurden die Entwickler von Synchron von Festo intensiv unterstützt. Bert Baas berichtet: „Unsere Automatisierungsexperten unterstützten uns bei der gesamten Entwicklung der Extraktionsanlage. So schlugen sie beispielsweise vor, die neue CPX-E-Einheit einzusetzen, um einen echten Mehrwert zu schaffen. Sie haben die Einheit in diesem Projekt eingesetzt, bevor sie überhaupt auf dem Markt erhältlich war.“

DNA-Extraktionsmaschine Synchron Lab

Identifizieren, Transportieren, Waschen und Absaugen: Komponenten von Festo übernehmen in allen Phasen des Prozesses entscheidende Funktionen.

So funktioniert die DNA-Extraktionsmaschine

Die Extraktionsmaschine läuft acht Stunden im Dauerbetrieb und kann bei erhöhtem Bedarf auch problemlos 24 Stunden lang betrieben werden. Ihre Kapazität ist bereits achtmal größer als die anderer Alternativen, die derzeit auf dem Markt erhältlich sind.

Identifizieren und Transportieren:

Zu Beginn des Durchlaufs scannt der Barcodeleser SBSI alle Mikrotiterplatten. Elektrische Achsen EGC in Kombination mit einem Schwenkantrieb DRRD und einem Greifer DHPS nehmen die Mikrotiterplatten auf und platzieren sie auf Trägern. Diese bewegen sich auf einem Transportsystem durch die verschiedenen Stationen.

Spülen:

Um die DNA vom anderen Material zu trennen, werden metallische Mikrokugeln hinzugefügt. Die DNA heftet sich an die Mikrokugeln, während der Rest des Materials in den Mikrotiterplatten aufschwimmt. Den Mikrotiterplatten wird an mehreren Waschstationen Flüssigkeit zugegeben und wieder abgesaugt. Hierfür wird der Pipettierkopf mit einem elektrischen Schlitten EGSC abgesenkt. Nach den Spülvorgängen bleibt saubere DNA in der Mikrotiterplatte zurück. Über das Transportsystem wird diese dem finalen Bearbeitungsschritt zugeführt: der DNA-Extraktion.

Extraktion:

Die Handhabung des Pipettierkopfs zur Extraktion der DNA übernehmen elektrische Achsen vom Typ EGC, kombiniert mit einem elektrischen Schlitten EGSL. Jede Platte hat 96 Proben. Der Extraktionsprozess dauert insgesamt zwanzig Minuten. Alle 2,5 Minuten wird eine neue Platte gestartet.

Die Maschine ist seriell und modular aufgebaut und weist nahezu keine Schaltverzögerungen auf. Für die Steuerung der Anlage kommen CPX-E und Ventilinseln VTUG mit IO-Link® zum Einsatz. CPX-E wurde als Remote-I/O-System oder SPS mit EtherCAT-Mastercontroller und Motion-Controller entwickelt, um eine einfache Kombination der Steuereinheit mit den elektrischen Antrieben zu gewährleisten.

Grenzen überschreiten – eine gemeinsame Anstrengung

Derk Wilten, Besitzer und Managing Director von Synchron Lab Automation, erzählt wie es zu der Kooperation mit Festo kam: „Früher haben wir uns nur auf das Konzept einer Lösung konzentriert und die Lösung dann von einem Partner erstellen lassen. Das liegt daran, dass wir ursprünglich ein Softwareunternehmen sind. Als Niels Kruize zum Unternehmen kam, erklärte er uns, dass wir selbst schlüsselfertige Lösungen entwickeln sollten. Davon sei er fest überzeugt. Niels Kruize ist verantwortlich für das Business Development bei Synchron Lab Automation. Er war vorher in England tätig und hatte dort eng mit Festo zusammengearbeitet. Aufgrund seiner positiven Erfahrungen schlug er vor, unser erstes „eigenes Produkt“ mit Engineering-Know-how und Komponenten von Festo zu realisieren.“

Ein Partner, der an das Projekt glaubt

Niels Kruize erklärt: „Festo ist ein führendes Unternehmen mit einem globalen Netzwerk von Komponentenlieferanten sowie einem globalen Service und Support. Die Experten von Festo halfen uns bei der Konstruktion und teilten ihr Wissen mit uns. Es war sehr wertvoll, dass sie verschiedene Märkte kennen und dort agieren. Synchron beliefert Kunden auf der ganzen Welt. Deshalb freuen wir uns, mit einem Partner zu kooperieren, der Teile in Deutschland ebenso schnell liefern kann wie in Singapur.“ Derk Wilton war schnell überzeugt: „Festo verwendet genau die gleichen Arbeitsmethoden wie wir. Es ist sehr beruhigend, mit einem Partner zusammenzuarbeiten, der an das Projekt glaubt.“

DNA-Extrakionsmaschine: Team von Synchron Lab Automation und Festo

Ein gutes Team (von links nach rechts): Niels Kruize (Synchron), Bert Baas (Festo) und Derk Wilten (Synchron)

Niels Kruize freut sich, dass sich sein Vertrauen in die Zusammenarbeit bestätigt hat. „Sie bietet uns einen enormen Mehrwert. Die Zusammenarbeit ist für beide Seiten eine echte Partnerschaft. Für beide Unternehmen ist dieses Projekt ein völlig neues Unterfangen – und auch für uns ist die Kommunikationstechnik neu. Wir lernen voneinander und schauen in die Zukunft, wie der nächste Schritt aussieht.“ Bert Baas: „Wir diskutieren mit Synchron über neue Technologien und antizipieren die Möglichkeiten, die sie bieten. Das gibt Festo neue Impulse.“

Über Synchron Lab Automation

Synchron entwickelt seit 1985 Lösungen für die Laborautomatisierung und ist spezialisiert auf das automatisierte Handling von Flüssigkeiten, Röhrchen und Platten. In den letzten Jahren hat Synchron das de-novo Design und den Bau von speziellen automatisierten Plattformen für die Agbio-Industrie in sein Portfolio aufgenommen. Dazu gehören SeedPicking, Keimung, SeedHealth-Tests und DNA-Reinigungssysteme. Die Softwareplattform Experimate™ von Synchron bietet eine benutzerfreundliche Oberfläche und steuert alle Systeme und angeschlossenen Module aus dem Hause Synchron – von der LIMS-Verbindung bis zum automatisierten Arbeitsplatz.

www.synchronlab.com

Juli 2019

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