Automatisiertens, modular erweiterbares und flexibles Liquid Handling System (Pipettierroboter)

Die Qualität der resultierenden Daten hängt dabei maßgeblich von einer standardisierten präanalytischen Verarbeitung der Plasmaproben ab. Bereits geringe Unterschiede bei Pipettiervolumina, Durchmischung, Inkubationszeiten, Temperaturführung, Reihenfolge der Bearbeitung oder Verwechslung der Proben können systematische Verfälschungen verursachen. Dies gilt in besonderem Maße für hochsensitive, massenspektrometrische Verfahren wie die LC-MS/MS-basierte Lipidomik und Metabolomik sowie für proteomische Arbeitsabläufe. Das zu beschaffende Liquidhandling System soll dabei sowohl für die Forschung und Entwicklung neuer bzw. angepasster Methoden für die Probenvorbereitung und Analysen als auch für die standardisierte Durchführung bereits etablierter Verfahren eingesetzt werden. Während etablierte Arbeitsabläufe eine hohe Prozesssicherheit, Reproduzierbarkeit, Parallelisierbarkeit und zuverlässige Skalierbarkeit erfordern, setzt die Methodenentwicklung eine flexible Anpassung von Probenformaten, Volumina, Reagenzien, Pipettierparametern, Inkubationsbedingungen und Prozessschritten voraus. Das einzusetzende Liquid-Handling-System muss daher über eine erhöhte technische und workflowbezogene Flexibilität verfügen, um unterschiedliche Anforderungen innerhalb einer Plattform abbilden und neu entwickelte Verfahren, nach erfolgreicher Validierung, unmittelbar in robuste Routineprozesse überführen zu können. Ein automatisiertes, modular erweiterbares und flexibles Liquid-Handling-System ist daher erforderlich, um die präanalytische Variabilität zu reduzieren, die Bearbeitung klinischer Proben zu standardisieren und eine skalierbare, nachvollziehbare Verarbeitung größerer Probenzahlen zu ermöglichen. A. Nachhaltigkeit und Systemarchitektur Das System muss als hochintegrierte Automatisierungsplattform ausgeführt sein und eine möglichst geringe Stellfläche aufweisen, die nach der initialen Installation nicht mehr erweitert werden kann. Gleichzeitig muss die Plattform so konzipiert sein, dass zukünftige technische Erweiterungen und die Integration zusätzlicher Funktionseinheiten möglichst innerhalb der bestehenden Systemfläche realisiert werden können. Dadurch sollen eine langfristige Nutzung der Investition, eine flexible Anpassung an zukünftige Anwendungen sowie ein effizienter Umgang mit der verfügbaren Laborfläche gewährleistet werden. Für die initiale Entwicklung der Applikationen auf dem Liquidhandlingsystem soll die primäre Pipettiereinheit eine Luftverdrängungspipettierung mit Einwegspitzen ermöglichen, um probenbedingtem Carry-Over und Kreuzkontaminationen sicher auszuschließen. Gleichzeitig besitzt eine solche Einheit einen geringen laufenden Wartungsaufwand. Darüber hinaus soll die Plattform über eine weitere Pipettiereinheit mit Flüssigkeitsverdrängung und waschbaren Festnadeln besitzen. Diese Pipettiereinheit ist vorgesehen, um auch anspruchsvolle Flüssigkeiten präzise und reproduzierbar verarbeiten zu können. Gleichzeitig soll dadurch die Möglichkeit geschaffen werden, bei geeigneten Anwendungen auf Einwegverbrauchsmaterialien zu verzichten und damit nachhaltig Verbrauchs- und Betriebskosten zu reduzieren. Als Fazit wird die Kombination beider Pipettiereinheiten für weit entwickelt Applikationen einen kostengünstigen und nachhaltigen Betrieb von Routineapplikationen ermöglichen. Die Automatisierungsplattform muss zudem über eine ausreichend große Arbeitsfläche verfügen, um mindestens zwei Probenvorbereitungs-Workflows gleichzeitig auf der Plattform betreiben und unabhängig voneinander parallelisieren zu können. Hierfür wird eine möglichst hohe Kapazität von nutzbaren Arbeitspositionen benötigt. Um unterschiedliche Prozessschritte und zukünftig hinzukommende Multiomics-Workflows effizient parallelisieren und dadurch den Probendurchsatz erhöhen und gleichzeitig ein kosteneffizientes Arbeiten ermöglichen zu können, ist insbesondere die Möglichkeit des parallelen Betriebs mehrerer unabhängig steuerbarer Transport-, Pipettier- und Greifoperationen erforderlich. Eine Mehrarm-Architektur ermöglicht hierbei eine effizientere Nutzung der Plattform, reduziert Wartezeiten zwischen einzelnen Prozessschritten und sorgt im Endeffekt für eine bessere Wirtschaftlichkeit. B. Anforderungen an Probenvorbereitung und Betrieb Das System muss die Verwendung gängiger Laborgefäße und standardisierter Mikrotiterplattenformate unterstützen und diese für die automatisierte Durchführung der Methoden systemseitig verwalten können. Die Plattform muss darüber hinaus modular konfigurierbar und nachrüstbar sein, sodass bestehende Arbeitsabläufe angepasst und zukünftige Applikationen mit veränderten Anforderungen ohne grundlegenden Austausch von Systemkomponenten realisiert werden können. Für die geplanten Multiomics-Probenvorbereitungsverfahren muss das System sowohl automatisierte Filtrations- und Elutionsschritte unter Verwendung von Überdruck (Positivdruckfiltration) als auch entsprechende Verfahren zur Reduktion des Volumens unter Vakuum (Evaporator) unterstützen. Insbesondere muss die Verarbeitung von 96-Well-Filter- und SPE-Platten automatisiert möglich sein. Diese Funktionen sind erforderlich, um unterschiedliche Verfahren zur Aufreinigung, Fraktionierung und Anreicherung von Analyten in einer gemeinsamen Automatisierungsplattform abbilden zu können. Zur Minimierung von probenbedingtem Carry-Over und Kreuzkontaminationen muss die primäre Pipettiereinheit mit Luftverdrängung und Einwegspitzen arbeiten können. Darüber hinaus muss das System über geeignete technische Maßnahmen zur Vermeidung bzw. frühzeitigen Erkennung einer unbeabsichtigten Kontamination der Pipettiereinheit und weiterer Systemkomponenten verfügen. Dies ist insbesondere bei der Verarbeitung klinischer Proben von Bedeutung, da eine Übertragung von Probenbestandteilen zwischen einzelnen Proben die analytischen Ergebnisse nachfolgender Multiomics-Messungen beeinflussen kann. Die Plattform muss die Integration von Drittgeräten ermöglichen (...)