種子是新的「黃金」。何以見得?世界人口持續成長,大家的生存離不開植物性食品。但是,氣候變化、病蟲害問題卻威脅著植物育種。所以,植物育種者需要培育出抗性種子,並將其用於農業,而這個過程需要大量的 DNA 樣品。為此,Synchron Lab 研發了一種「DNA 工廠」。該工廠採用自動化生產模式,整合了 Festo 的龍門、電動軸、氣動夾具和感測器等產品。
該系統可在 24 小時內完成 40,000 次 DNA 樣品提取。因此,在實驗室自動化的條件下,它可以滿足一再升高的產能的要求。長期以來,人們對 DNA 樣品的需求量居高不下,就算雇用再多的實驗室助理,也無法完成這些數量的樣品處理。而且雇用人員也需要一筆高昂的費用。有了這些設備,高級實驗室助理便可以專注於結果分析,這才是他們的核心能力所在。
即使是經驗豐富的實驗室助理,僅憑手工操作,每天也只能完成兩塊微孔板的 DNA 提取。就算使用小型自動化實驗台系統,每天也只能處理 8 塊微孔板。而利用 Synchron Lab 的新型「DNA 工廠」,每天處理的微孔板可達 400 塊。僅需一名操作員即可完成裝卸微孔板的工作。
「之前,實驗室人員對我們提供的自動化設備仍抱有一定的懷疑態度。所以我們讓他們充分瞭解了設備的運作原理。」Synchron Lab 專案與業務開發經理 Glenn Dukel 如此解釋。他們讓植物育種人員參與了開發工作,並採用了拖放元素等方式,讓操作軟體盡可能的直觀。
設備從切碎的植物物質中提取 DNA。整個過程始於一個微孔板盒,該盒可容納 400 塊板,其中包括 200 塊輸入板和 200 塊輸出板。運作開始時,Festo 的條碼掃描器 SBSI 會掃描所有微孔板。電缸 EGC 與擺動氣缸 DRRD 和平行夾爪 DHPS 相互配合運作抓取微孔板,並將其放置在工件托架上,然後透過運輸系統運至不同工位。
為了將 DNA 從其他物質中分離出來,在第一個工位的裂解液樣品中添加經過編碼處理的金屬微球,也就是「磁珠」。DNA 附著在微球上,而其他物質則漂浮在微孔板上。之後用具有塗層的矽膠磁鐵將純異丙醇緩衝溶液從旋轉容器中吸出,然後用移液管將溶液滴入微孔板。然後開始 DNA 洗脫過程。
移液頭在平面式龍門 EXCH 上沿 X 軸方向移動,在具有足夠剛度的 EGC-HD 電軸上沿 Z 軸方向移動。同樣,配備 EMMT-AS 型伺服馬達的電動裝置可保證運動軌跡精確無誤。該類伺服馬達適用於要求頗高的動態場合,在定位任務中可表現出非常好的可控性和定位路徑精度。同時,節省空間的「單電纜解決方案」也可以降低安裝成本。
第二個和第三個工位進行清洗操作。黏合劑緩衝溶液會在第二個工位吸取出來。在磁鐵的作用下,緩衝溶液會呈環狀。而 DNA 會存留在微孔板中。
在第三個工位,緩衝溶液異丙醇會將 DNA 從鹽分和乙醇中分離出來。此過程使用了 Festo 的滴定頭 VTOI。該滴定頭裝有 8 條輸出通道以及一個配合這 8 條通道的閥門,具有高效、可控的優點,適合用於微孔板。VTOI 可以滴定和虹吸 µl 等級的液量。這個過程可重複多次。
Synchron develops customised solutions for laboratory automation and specialises in the automated handling of liquids. Synchron is known in the industry as a progressive and innovative company. Since 1985, the company has been developing customised products thanks to the excellent relationships it has established with laboratory equipment manufacturers. Their products, both software and hardware, are now used in many laboratories throughout Europe. Synchron offers expertise in all areas of automation and has a wealth of experience in the development and marketing of flexible robot automation.