종자는 새로운 유형의 자산입니다. 왜 그럴까요? 식물성 식품은 지속적으로 증가하는 세계 인구의 식량 자원입니다. 하지만 기후 변화, 해충 및 질병은 식물 육종을 위협하고 있습니다. 식물 육종가에서 이에 대한 저항을 지닌 종자를 개발하고 이를 농업에 활용하기 위해서는 엄청난 양의 DNA를 필요로 합니다. Synchron Lab은 이러한 목적을 위해 Festo의 핸들링 포털, 전기 축, 공압 그리퍼 및 센서로 자동화된 "DNA Factory"를 개발했습니다.
이 시스템을 사용하여 24시간 안에 무려 40,000개의 DNA 샘플을 추출할 수 있습니다. 이로써 높은 처리량에 대한 실험실 자동화의 점점 더 까다로워지는 요구 사항을 충족시킵니다. 오래 전부터 DNA 샘플에 대한 수요가 너무 높아, 이러한 양을 전달하기 위해 수 많은 실험실 담당 인력을 배치하는 것은 불가능했습니다. 인건비 역시 문제였습니다. 자동화 시스템 덕분에 탁월한 자격 능력을 갖춘 실험실 담당 인력은 핵심 역량인 결과 분석에 집중할 수 있습니다.
숙련된 실험 담당자는 수동으로 하루에 두 개의 마이크로타이터 플레이트에서 DNA 추출을 수행합니다. 자동화된 소형 벤치탑 시스템을 사용하면 하루에 8개의 마이크로타이터 플레이트를 처리할 수 있습니다. Synchron Lab의 혁신적인 "DNA 공장"을 사용하는 경우, 하루에 400개의 마이크로타이터 플레이트 처리가 가능합니다. 마이크로타이터 플레이트를 로드 및 언로드하기 위한 한 명의 작업자만 필요합니다.
"실험실에서는 여전히 자동화에 대해 다소 회의적입니다. 따라서 실험실 담당 직원이 공장에서 무슨 일이 일어나고 있는지 항상 확인할 수 있도록 하는 것이 중요했습니다." 라고 Synron Lab의 프로젝트 및 비즈니스 개발 관리자인 글렌 두켈(Glenn Dukel)이 말했습니다. 식물 육종가들이 개발에 참여했으며 운영 소프트웨어 역시 드래그 앤 드롭 요소 등을 사용하여 최대한 직관적으로 만들어졌습니다.
시스템은 파쇄된 식물 샘플에서 DNA를 추출합니다. 프로세스의 시작점은 최대 400개의 플레이트를 수용할 수 있는 마이크로타이터 플레이트 매거진입니다. 입력 및 출력에 대해 각각 200개의 플레이트를 수용할 수 있습니다. 실행 시작 시 Festo의 SBSI 바코드 판독기는 모든 마이크로타이터 플레이트를 스캔합니다. 회전 드라이브 DRRD 및 공압 그리퍼 DHPS와 결합된 EGC 유형의 전기 축은 마이크로타이터 플레이트를 픽업하여 운송 시스템의 하나의 스테이션에서 다음 스테이션으로 이동하는 작업물 캐리어에 배치합니다.
다른 물질로부터 DNA를 분리하기 위해 첫 번째 스테이션에서는 소위 자성 비즈라고 불리는 코딩된 금속 미세 비즈를 용해물 샘플에 추가합니다. 그러면 DNA가 자체적으로 부착되고 나머지 물질은 마이크로타이터 플레이트에 떠 있게 됩니다. 이를 위해, 순수한 이소프로판올로 제조된 완충액을 코팅된 실리카 자석이 있는 회전 용기에서 흡입하고 마이크로타이터 플레이트에 피펫으로 넣습니다. DNA 세척 공정은 이처럼 시작됩니다.
피펫팅 헤드는 EXCH 평면 갠트리를 통해 X축으로 이동하고 필요한 강성을 갖춘 전기 EGC-HD 축을 통해 Z축으로 이동합니다. 여기에서도 EMMT-AS 서보 모터가 장착된 전기 드라이브가 정밀한 동작 시퀀스를 보장합니다. 이러한 서보 모터는 까다롭고 역동적인 애플리케이션에 적합합니다. 위치 지정 작업에서 매우 우수한 제어 가능성과 경로 정확도가 특징입니다. 공간 절약형 단일 케이블 솔루션은 설치에 필요한 노력을 감소시킵니다.
두 번째와 세 번째 스테이션은 세척 공정에 사용됩니다. 바인더 완충액은 두 번째 스테이션에서 흡인됩니다. 자석은 완충액과 함께 고리를 형성합니다. DNA는 마이크로타이터 플레이트에 남아 있습니다.
세 번째 스테이션에서는 이소프로판올 완충액이 DNA에서 염과 에탄올을 제거합니다. 이때 Festo의 도징 헤드 VTOI가 사용됩니다. 이는 효율적으로 제어 가능한 마이크로타이터 플레이트용 8채널 도징 헤드로, 8개 출력에 대해 단 하나의 밸브만 장착되어 있습니다. VTOI를 사용하면 액체를 가장 작은 µl 범위 내에서 분배하고 흡입할 수 있습니다. 이 과정은 네 번 반복됩니다.
네 번째 스테이션에서는 세척 완충액을 사용하여 DNA를 비즈에서 분리합니다. 4개의 마이크로타이터 플레이트가 동시에 지속적으로 이 공정을 거치게 됩니다. 이는 이 시스템이 다른 시스템과 비교해 보았을 때 규모의 경제를 달성할 수 있다는 것을 의미합니다. 이때 ELGC 축은 X 방향으로, EGSC 드라이브는 Y 방향으로 사용됩니다. 마찬가지로 마이크로타이터 플레이트를 들어올리기 위한 DHPS 공압 그리퍼와 플레이트 이동을 위한 DRRD 회전 드라이브 역시 있습니다.
"이 프로젝트를 위해 높은 품질과 신뢰성은 물론 전 세계적인 가용성을 보장하는 자동화 파트너를 확보하는 것이 중요했습니다" 두켈은 이렇게 설명하며, 다음과 같이 덧붙였습니다. "따라서 당사는 유명한 모 자동차 기업의 "최고가 아니면 만들지 않는다"는 모토를 바탕으로 Festo의 자동화 기술을 선택했습니다.”
실제로 고도로 자동화된 시스템은 높은 생산성과 모듈성을 갖춘 자동차 공장과 유사한 특징을 지니고 있습니다. 따라서 Synchron Lab은 DNA 추출의 표준을 설정함과 동시에, 미래의 종자 생산자가 농업 분야의 막대한 전 세계적 수요에 대응할 수 있도록 지원합니다.
Synchron은 실험실 자동화를 위한 맞춤형 솔루션을 개발해 왔으며 액체 취급 자동화를 위한 솔루션을 전문으로 합니다. Syncron은 업계에서 진보적이고 혁신적인 회사로 유명합니다. 1985년부터 실험실 장비 제조업체와의 탁월한 관계를 바탕으로 맞춤형 제품을 개발해 왔습니다. Synchron의 제품은 소프트웨어와 하드웨어 모두 현재 유럽 전역의 많은 실험실에서 사용되고 있습니다. Synchron은 자동화의 모든 영역에 대한 전문 지식을 제공하며 유연한 로봇 자동화의 개발 및 마케팅에 대한 풍부한 경험을 보유하고 있습니다.