Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Součástí expozice VUT Brno (pavilon A1, stánek 026) na MSV bude robotizované pracoviště pro manipulaci s biologickými vzorky v laboratoři, které vyvinuli v Ústavu automatizace a informatiky strojní fakulty VUT. Pracoviště bylo úspěšně otestováno ve Fakultní nemocnici v Brně.
Vzít zkumavku, registrovat její čárový kód, odšroubovat, odebrat a přemístit vzorek, odhodit špičku… Automatizované řešení prvotní manipulace se vzorky, které před dvěma lety představili výzkumníci ze strojní fakulty VUT s podporou týmu Fakultní nemocnice (FN) Brno, se dočkalo druhé generace označené openTube2. Nový systém svého předchůdce podstatně překonal.
Systém openTube2 byl přes dva měsíce testován v ostrém provozu laboratoře Centra molekulární biologie a genetiky při Interní hematologické a onkologické klinice FN Brno. V laboratoři robot manipuloval s potenciálně infekčními vzorky testovanými na covid-19. Zkušená laborantka, která proces zpracování vzorků dozorovala, se tak současně podílela na validaci systému openTube2, aby proces splnil požadované standardy.
První systém byl vyvinut v rekordně krátké době, když výrazně vzrostly požadavky na zpracování velkého množství testů na covid-19. Šlo však o víceméně nouzové řešení. Druhý systém už respektuje základní požadavek nemocnice, a to umístění celého zařízení do standardního typu biobezpečnostního laminárního boxu třídy II. „Také byl zvolen konstrukčně zcela jiný typ robotu,“ vysvětluje vedoucí výzkumného týmu a ředitel ústavu automatizace a informatiky strojní fakulty VUT doc. Radomil Matoušek.
Robot SCARA oproti svému předchůdci, sedmiosému kolaborativnímu robotu s otevřenou kinematikou, může s velkou dynamikou manipulovat i s těžšími předměty do hmotnosti 3 kg. Zvládne tak bez omezení otevření či zavření zkumavek a nasazení či sejmutí pipetovacích špiček. Systém nově obsahuje i bezpečnostní a adaptivní funkce, které původní openTube neměl.
„Už samotná příprava pracoviště je usnadněna obslužnou aplikací. Bez založení základní instrumentace, jako jsou například špičky, držáky vzorků a PCR zkumavek, se systém vůbec nespustí. Před spuštěním proběhnou i další automatické kontroly. Proces začíná identifikací vzorků, tedy zkumavek, jejichž obsahem je slizniční stěr pacienta. Systém s využitím metod zpracování obrazu zkumavky sám najde a zahájí jejich zpracování. Během procesu se kontroluje správné otevření zkumavky, nasazení špičky, ale i zásoba instrumentace. Pokud by například došly špičky, systém se zastaví a počká na doplnění laborantkou. Registrace vzorků je zajišťována pomocí čárového kódu. Za zmínku stojí i návrh elektronické pipety využívající pipety Pipetman (Gilson), díky které je možné dávkovat vzorky s rozlišením 2 µl. Řídicí systém openTube2 je navržen tak, aby mohl spolupracovat s laboratorním informačním systémem nemocnice,“ popisuje Matoušek.
Vývoj zařízení by nebyl možný bez intenzivní spolupráce a konzultací s odborníky z brněnské fakultní nemocnice. „Ladění protokolu manipulace, charakteristika a parametrizace robotu vzhledem k instrumentaci a povaze vzorků, vlastní kalibrace systému, laboratorní protokoly, ale i pochopení bezpečnostních standardů probíhaly v těsné spolupráci s námi,“ dodává za laboratoř vedoucí Sekce oportunních infekcí doc. Martina Lengerová z FN Brno.
První verze systému openTube byla veřejnosti představena v květnu 2020. Další vývoj a testování systému openTube2 si nakonec vyžádaly dva roky práce. „Řada dílčích prvků možná vypadá podobně, ale je za nimi zcela nový přístup, a tedy i intenzivní výzkum a vývoj. Problémem bylo také financování. Nakonec se nám podařilo získat peníze díky projektu ministerstva průmyslu, což velmi pomohlo,“ konstatuje Matoušek.
Zpracovat jeden vzorek trvá robotu méně než 1 min. Podobně rychle pracuje i laborant, systém se ovšem neunaví a může odbornému personálu uvolnit ruce pro jinou práci. Celé robotické pracoviště má své digitální dvojče, díky němuž lze drobné úpravy v nastavení systému dělat i na dálku. Výzkumníci z VUT systém instalovali v laboratoři FN Brno v prostorách Dětské nemocnice letos v červnu, přičemž test i ostrý provoz v pilotním režimu probíhaly až do začátku září. „Systém openTube2 pochopitelně není vázán pouze na covid-19, typově může zpracovávat obdobné vzorky pro následné PCR, kde při primární manipulaci je ve zkumavce vzorek, médium a třeba výtěrová štětička,“ dodává Lengerová.
„V kontextu zpracování vzorků jde o poměrně univerzální řešení pro biologické laboratoře BSL 2. Díky uplynulým dvěma rokům vývoje i intenzivní spolupráci s nemocnicí se nebojím říct, že openTube2 je připraven na laboratorní manipulaci se vzorky v podobě, která má potenciál uspět i na trhu. Je to symbióza člověka, informačního systému, kybernetiky, robotiky a umělé inteligence,“ uzavírá Radomil Matoušek.
Vývoj systému openTube2 byl možný díky finanční podpoře z projektu Ministerstva průmyslu a obchodu ČR. Vývoji pomohla i spolupráce s firmami SMC (automatizace), Opticontrol (robotika), Sipoch (laboratorní instrumentace), KRD (lamilární boxy), Mann+Hummel (speciální konstrukce) a ABB Robotika.
[Tisková zpráva VUT Brno, 16. 9. 2022.]
(ed)
Obr. 1. Robotizované pracoviště openTube2 pro manipulaci s biologickými vzorky v laboratořích třídy BSL 2
Obr. 2. Pracoviště openTube je umístěno v ochranném laminárním boxu třídy II a řízeno obslužnou aplikací