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Automatización de laboratorio

Equipos de laboratorio automatizados La automatización de laboratorios es una estrategia multidisciplinaria para investigar, desarrollar, optimizar y aprovechar las tecnologías ...

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Equipos de laboratorio automatizados
Equipos de laboratorio automatizados

La automatización de laboratorios es una estrategia multidisciplinaria para investigar, desarrollar, optimizar y aprovechar las tecnologías de laboratorio que permiten procesos nuevos y mejorados. Los profesionales de la automatización de laboratorios son investigadores, científicos e ingenieros del ámbito académico, comercial y gubernamental que realizan investigaciones y desarrollan nuevas tecnologías para aumentar la productividad, mejorar la calidad de los datos experimentales, reducir los tiempos de ciclo de los procesos de laboratorio o posibilitar experimentos que de otro modo serían imposibles.

La aplicación más conocida de la tecnología de automatización de laboratorios es la robótica de laboratorio . En términos más generales, el campo de la automatización de laboratorios comprende diversos instrumentos , dispositivos (los más comunes son los muestreadores automáticos ), algoritmos de software y metodologías que se utilizan para facilitar, agilizar y aumentar la eficiencia y la eficacia de la investigación científica en los laboratorios.

La aplicación de la tecnología en los laboratorios actuales es fundamental para lograr avances oportunos y mantener la competitividad. Los laboratorios dedicados a actividades como el cribado de alto rendimiento , la química combinatoria , las pruebas clínicas y analíticas automatizadas, el diagnóstico, los biobancos a gran escala y muchos otros, no existirían sin los avances en la automatización de laboratorios.

Un muestreador automático para muestras líquidas o gaseosas basado en una microjeringa.
Un muestreador automático para muestras líquidas o gaseosas basado en una microjeringa.

Algunas universidades ofrecen programas completos centrados en tecnologías de laboratorio. Por ejemplo, la Universidad de Indiana-Universidad de Purdue en Indianápolis ofrece un programa de posgrado dedicado a la informática de laboratorio. Asimismo, el Instituto de Posgrado Keck en California ofrece un título de posgrado con énfasis en el desarrollo de ensayos, instrumentación y herramientas de análisis de datos necesarias para el diagnóstico clínico, el cribado de alto rendimiento , la genotipificación , las tecnologías de microarrays , la proteómica , la obtención de imágenes y otras aplicaciones.

Historia

Al menos desde 1875 se han reportado dispositivos automatizados para la investigación científica. [ 1 ] Estos primeros dispositivos fueron construidos principalmente por los propios científicos para resolver problemas en el laboratorio. Después de la Segunda Guerra Mundial, las empresas comenzaron a ofrecer equipos automatizados de complejidad cada vez mayor.

La automatización se extendió progresivamente en los laboratorios a lo largo del siglo XX, pero luego tuvo lugar una revolución: a principios de la década de 1980, el Dr. Masahide Sasaki inauguró el primer laboratorio totalmente automatizado . [ 2 ] [ 3 ] En 1993, el Dr. Rod Markin, del Centro Médico de la Universidad de Nebraska, creó uno de los primeros sistemas de gestión de laboratorios clínicos automatizados del mundo. [ 4 ] A mediados de la década de 1990, presidió un grupo de estándares llamado Comité Directivo de Estándares de Automatización de Pruebas Clínicas (CTASSC) de la Asociación Estadounidense de Química Clínica , [ 5 ] [ 6 ] que posteriormente evolucionó hasta convertirse en un comité de área del Instituto de Estándares Clínicos y de Laboratorio . [ 7 ] En 2004, los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) y más de 300 líderes reconocidos a nivel nacional en el ámbito académico, la industria, el gobierno y el público completaron la Hoja de Ruta de los NIH para acelerar el descubrimiento médico y mejorar la salud. La hoja de ruta de los NIH identifica claramente el desarrollo tecnológico como un factor crítico para la misión del Grupo de Implementación de Bibliotecas Moleculares e Imágenes (véase el primer tema: Nuevas vías para el descubrimiento, en https://web.archive.org/web/20100611171315/http://nihroadmap.nih.gov/ ).

A pesar del éxito del laboratorio del Dr. Sasaki y otros similares, el costo multimillonario de dichos laboratorios ha impedido su adopción por grupos más pequeños. [ 8 ] Esto se complica aún más porque los dispositivos de diferentes fabricantes a menudo no pueden comunicarse entre sí. Sin embargo, los avances recientes basados ​​en el uso de lenguajes de scripting como Autoit han hecho posible la integración de equipos de diferentes fabricantes. [ 9 ] Mediante este enfoque, muchos dispositivos electrónicos de bajo costo, incluidos los de código abierto, [ 10 ] se vuelven compatibles con los instrumentos de laboratorio comunes.

Algunas empresas emergentes, como Emerald Cloud Lab y Strateos, ofrecen acceso a laboratorios remotos y bajo demanda a escala comercial. Un estudio de 2017 indica que estos laboratorios automatizados, totalmente integrados y a escala comercial, pueden mejorar la reproducibilidad y la transparencia en experimentos biomédicos básicos, y que más del 90% de los artículos biomédicos utilizan métodos disponibles actualmente a través de estos grupos. [ 11 ]

Automatización de laboratorio de bajo costo

Un gran obstáculo para la implementación de la automatización en los laboratorios ha sido su alto costo. Muchos instrumentos de laboratorio son muy caros. Esto es justificable en muchos casos, ya que dichos equipos pueden realizar tareas muy específicas empleando tecnología de vanguardia. Sin embargo, hay dispositivos empleados en el laboratorio que no son altamente tecnológicos pero que aun así son muy caros. Este es el caso de muchos dispositivos automatizados, que realizan tareas que podrían hacerse fácilmente con dispositivos simples y de bajo costo como brazos robóticos simples , [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] módulos electrónicos universales (de código abierto), [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] Lego Mindstorms , [ 20 ] o impresoras 3D .

Hasta ahora, el uso de dispositivos de bajo costo junto con equipos de laboratorio se consideraba muy difícil. Sin embargo, se ha demostrado que estos dispositivos pueden sustituir sin problemas a las máquinas estándar utilizadas en el laboratorio. [ 12 ] [ 21 ] [ 22 ] Es previsible que más laboratorios aprovechen esta nueva realidad, ya que la automatización de bajo costo resulta muy atractiva para ellos.

Una tecnología que permite la integración de cualquier máquina, independientemente de su marca, es la programación de scripts, más específicamente, la programación de scripts que implica el control de clics del ratón y entradas de teclado, como AutoIt . Al sincronizar los clics y las entradas de teclado, se pueden sincronizar perfectamente diferentes interfaces de software que controlan diferentes dispositivos. [ 9 ] [ 23 ]

Referencias

  1. ↑ Olsen, Kevin (1 de diciembre de 2012). "Los primeros 110 años de tecnologías de automatización de laboratorio, aplicaciones y el científico creativo" . Journal of Laboratory Automation . 17 (6): 469– 480. doi : 10.1177/2211068212455631 . ISSN 2211-0682 . PMID 22893633. S2CID 37758591 .   
  2. ↑ Felder, Robin A. (1 de abril de 2006). "El químico clínico: Masahide Sasaki, MD, PhD (27 de agosto de 1933 - 23 de septiembre de 2005)" . Química Clínica . 52 (4): 791–792 . doi : 10.1373/clinchem.2006.067686 . ISSN 0009-9147 . 
  3. ↑ Boyd, James (18 de enero de 2002). "Automatización robótica de laboratorios". Science . 295 ( 5554): 517– 518. doi : 10.1126/science.295.5554.517 . ISSN 0036-8075 . PMID 11799250. S2CID 108766687 .   
  4. ↑ "LIM Source, un recurso de sistemas de gestión de información de laboratorio" . Archivado del original el 11 de agosto de 2009. Consultado el 20 de febrero de 2009 .
  5. ↑ " Química Clínica 46, No. 5, 2000, págs. 246–250" (PDF) . Archivado (PDF) del original el 7 de junio de 2011. Consultado el 20 de febrero de 2009 .
  6. ↑ " Revista Health Management Technology , 1 de octubre de 1995" . Archivado del original el 17 de febrero de 2012. Consultado el 20 de febrero de 2009 .
  7. ↑ "Instituto de Estándares Clínicos y de Laboratorio (anteriormente NCCLS)" . Archivado del original el 7 de octubre de 2008. Consultado el 20 de febrero de 2009 .
  8. ↑ Felder, Robin A (1998-12-01). "Celdas de trabajo modulares: métodos modernos para la automatización de laboratorios". Clinica Chimica Acta . 278 (2): 257– 267. doi : 10.1016/S0009-8981(98)00151-X . PMID 10023832 . 
  9. 1 2 Carvalho, Matheus C. (2013-08-01). "Integración de instrumentos analíticos con secuencias de comandos informáticos" . Journal of Laboratory Automation . 18 (4): 328– 333. doi : 10.1177/2211068213476288 . ISSN 2211-0682 . PMID 23413273 .  
  10. ↑ Pearce, Joshua M. (1 de enero de 2014). Capítulo 1: Introducción al hardware de código abierto para la ciencia . Boston: Elsevier. págs. 1-11 . doi : 10.1016/b978-0-12-410462-4.00001-9 . ISBN  978-0-12-410462-4.
  11. ↑ Groth, P.; Cox, J. (2017). " Indicadores para el uso de laboratorios robóticos en la investigación biomédica básica: un análisis de la literatura" . PeerJ . 5 e3997. doi : 10.7717/peerj.3997 . PMC 5681851. PMID 29134146 .  
  12. 1 2 Carvalho, Matheus C.; Eyre, Bradley D. (2013-12-01). "Un muestreador automático de líquidos de bajo costo, fácil de construir, portátil y universal". Methods in Oceanography . 8 : 23– 32. Bibcode : 2013MetOc...8...23C . doi : 10.1016/j.mio.2014.06.001 .
  13. ↑ Chiu, Shih-Hao; Urban, Pawel L. (2015). "Plataforma de ensayo de espectrometría de masas asistida por robótica habilitada por electrónica de código abierto". Biosensors and Bioelectronics . 64 : 260–268 . doi : 10.1016/j.bios.2014.08.087 . PMID 25232666 . 
  14. ↑ Chen, Chih-Lin; Chen, Ting-Ru; Chiu, Shih-Hao; Urban, Pawel L. (2017). "Ensayo de espectrometría de masas de "línea de producción" con brazo robótico dual guiado por múltiples microcontroladores tipo Arduino". Sensors and Actuators B: Chemical . 239 : 608–616 . Bibcode : 2017SeAcB.239..608C . doi : 10.1016/j.snb.2016.08.031 .
  15. ↑ Urban, Pawel L. (2015). "Electrónica universal para ensayos químicos en miniatura y automatizados" . The Analyst . 140 (4): 963– 975. Bibcode : 2015Ana...140..963U . doi : 10.1039/C4AN02013H . PMID 25535820. Archivado del original el 6 de noviembre de 2018. Recuperado el 15 de diciembre de 2018 . 
  16. ↑ Urban, Pawel (2016-04-20). "Hardware abierto: el hardware de laboratorio de fabricación propia estimula la creatividad" . Nature . 532 (7599): 313. Bibcode : 2016Natur.532..313U . doi : 10.1038/532313d . PMID 27127816 . 
  17. ↑ Baillargeon P, Spicer TP, Scampavia L (2019). "Aplicaciones para paneles de iluminación compatibles con microplacas de código abierto". J Vis Exp (152) e60088. doi : 10.3791/60088 . PMID 31633701 . S2CID 204813315 .  {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  18. ↑ Baillargeon P, Coss-Flores K, Singhera F, Shumate J, Williams H, DeLuca L; et al. (2019). "Diseño de paneles de iluminación compatibles con microplacas para un sistema de pipeteo de sobremesa semiautomatizado" . SLAS Technol . 24 (4): 399– 407. doi : 10.1177/2472630318822476 . PMID 30698997. S2CID 73412170 .   {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  19. ↑ Iglehart B (2018). "Plataforma de automatización MVO: Abordando necesidades no cubiertas en laboratorios clínicos con microcontroladores, impresión 3D y hardware/software de código abierto" . SLAS Technol . 23 (5): 423– 431. doi : 10.1177/2472630318773693 . PMID 29746790. S2CID 13671203 .  
  20. ↑ Waltz, Emily (22 de marzo de 2017). "Un robot Lego hecho por uno mismo lleva la automatización de laboratorios a los estudiantes - IEEE Spectrum" . IEEE Spectrum . Consultado el 2 de febrero de 2024 .
  21. ↑ Carvalho, Matheus. "Auto-HPGe, un automuestreador para espectroscopia de rayos gamma que utiliza detectores de germanio de alta pureza (HPGe) y blindajes pesados" . HardwareX .
  22. ↑ Carvalho, Matheus (2018). "Osmar, el muestreador automático de microjeringa de código abierto" . HardwareX . 3 : 10– 38. doi : 10.1016/j.ohx.2018.01.001 .
  23. ↑ Carvalho, Matheus (2017). Automatización práctica de laboratorio: Simplificada con AutoIt . Wiley VCH. ISBN 978-3-527-34158-0.

Lecturas adicionales

  • Katz, Alan (1 de mayo de 2009), "Protocolos de automatización de laboratorio y celdas de trabajo virtuales" , Genetic Engineering & Biotechnology News , OMICS, vol.  29, n.º  9, Mary Ann Liebert, págs. 40-41 , ISSN 1935-472X , OCLC 77706455 , archivado del original el 25 de febrero de 2012 , consultado el 25 de julio de 2009.