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Automatización de laboratorio

Equipos de laboratorio automatizados
Equipos de laboratorio automatizados

La automatización de laboratorios es una estrategia multidisciplinaria para investigar, desarrollar, optimizar y aprovechar las tecnologías en el laboratorio que permiten procesos nuevos y mejorados. Los profesionales de la automatización de laboratorios son investigadores, científicos e ingenieros académicos, comerciales y gubernamentales que realizan investigaciones y desarrollan nuevas tecnologías para aumentar la productividad, elevar la calidad de los datos experimentales, reducir los tiempos de ciclo de los procesos de laboratorio o permitir la experimentación que de otro modo sería imposible.

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 muchos instrumentos de laboratorio automatizados , dispositivos (los más comunes son los muestreadores automáticos ), algoritmos de software y metodologías que se utilizan para permitir, acelerar y aumentar la eficiencia y la eficacia de la investigación científica en los laboratorios.

La aplicación de tecnología en los laboratorios actuales es necesaria para lograr avances oportunos y seguir siendo competitivos. Los laboratorios dedicados a actividades como el cribado de alto rendimiento , la química combinatoria , las pruebas clínicas y analíticas automatizadas, los diagnósticos, los biorepositorios 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 que se centran en las 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 necesarios 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 registrado casos de aparatos automatizados para la investigación científica. [1] Estos primeros aparatos fueron construidos en su mayoría por los propios científicos para resolver problemas en el laboratorio. Después de la Segunda Guerra Mundial, las empresas comenzaron a ofrecer equipos automatizados cada vez de mayor complejidad.

La automatización se extendió de manera constante en los laboratorios durante el siglo XX, pero luego se produjo una revolución: a principios de la década de 1980, el Dr. Masahide Sasaki abrió el primer laboratorio completamente 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 luego evolucionó a un comité de área del Instituto de Estándares Clínicos y de Laboratorio . [7] En 2004, los Institutos Nacionales de Salud (NIH) y más de 300 líderes reconocidos a nivel nacional en el mundo académico, la industria, el gobierno y el público completaron la Hoja de Ruta de los NIH para acelerar el descubrimiento médico para mejorar la salud. La hoja de ruta del NIH identifica claramente el desarrollo de tecnología como un factor crítico para la misión del Grupo de Implementación de Bibliotecas Moleculares e Imágenes (ver el primer tema – Nuevos caminos hacia 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 parte de grupos más pequeños. [8] Todo esto es más difícil porque los dispositivos fabricados por diferentes fabricantes a menudo no pueden comunicarse entre sí. Sin embargo, los avances recientes basados ​​en el uso de lenguajes de programación como Autoit han hecho posible la integración de equipos de diferentes fabricantes. [9] Usando este enfoque, muchos dispositivos electrónicos de bajo costo, incluidos los dispositivos 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 a pedido a escala comercial. Un estudio de 2017 indica que estos laboratorios automatizados totalmente integrados a escala comercial pueden mejorar la reproducibilidad y la transparencia en experimentos biomédicos básicos, y que más de nueve de cada diez artículos biomédicos utilizan métodos actualmente disponibles 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 punta. Sin embargo, existen dispositivos empleados en el laboratorio que no son altamente tecnológicos pero aún así son muy costosos. Este es el caso de muchos dispositivos automatizados, que realizan tareas que fácilmente podrían ser realizadas por 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, se consideraba muy difícil utilizar dispositivos de bajo coste junto con equipos de laboratorio. Sin embargo, se ha demostrado que estos dispositivos de bajo coste pueden sustituir sin problemas a las máquinas estándar que se utilizan en el laboratorio. [12] [21] [22] Se puede prever que más laboratorios aprovecharán esta nueva realidad, ya que la automatización de bajo coste resulta muy atractiva para ellos.

Una tecnología que permite la integración de cualquier máquina independientemente de su marca es el scripting, más específicamente, el scripting que implica el control de clics del mouse y entradas del teclado, como AutoIt . Al cronometrar los clics y las entradas del teclado, las diferentes interfaces de software que controlan diferentes dispositivos se pueden sincronizar perfectamente. [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". Revista de automatización de laboratorio . 17 (6): 469–480. doi : 10.1177/2211068212455631 . ISSN  2211-0682. PMID  22893633. S2CID  37758591.[ enlace muerto permanente ]
  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 laboratorio". Science . 295 (5554): 517–518. doi :10.1126/science.295.5554.517. ISSN  0036-8075. PMID  11799250. S2CID  108766687.
  4. ^ "LIM Source, un recurso para sistemas de gestión de información de laboratorio". Archivado desde el original el 2009-08-11 . Consultado el 2009-02-20 .
  5. ^ "Química clínica 46, n.º 5, 2000, págs. 246-250" (PDF) . Archivado (PDF) desde el 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 desde el original el 17 de febrero de 2012. Consultado el 20 de febrero de 2009 .
  7. ^ "Instituto de Normas Clínicas y de Laboratorio (anteriormente NCCLS)". Archivado desde el 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 del laboratorio". Clinica Chimica Acta . 278 (2): 257–267. doi :10.1016/S0009-8981(98)00151-X. PMID  10023832.
  9. ^ ab Carvalho, Matheus C. (1 de agosto de 2013). "Integración de instrumentos analíticos con scripts 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 9780124104624.
  11. ^ Groth, P.; Cox, J. (2017). "Indicadores para el uso de laboratorios robóticos en investigación biomédica básica: un análisis de la literatura". PeerJ . 5 : e3997. doi : 10.7717/peerj.3997 . PMC 5681851 . PMID  29134146. 
  12. ^ ab Carvalho, Matheus C.; Eyre, Bradley D. (1 de diciembre de 2013). "Un muestreador automático de líquidos de bajo costo, fácil de construir, portátil y universal". Métodos en Oceanografía . 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". Biosensores y bioelectrónica . 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" de brazo robótico dual guiado por múltiples microcontroladores de tipo Arduino". Sensores y actuadores B: Química . 239 : 608–616. 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 desde el original el 2018-11-06 . Consultado el 2018-12-15 .
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  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: abordar necesidades no satisfechas 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 casero lleva la automatización del laboratorio a los estudiantes - IEEE Spectrum". IEEE Spectrum . Consultado el 2 de febrero de 2024 .
  21. ^ Carvalho, Matheus. "Auto-HPGe, un muestreador automático 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 microjeringas de código abierto". HardwareX . 3 : 10–38. doi : 10.1016/j.ohx.2018.01.001 .
  23. ^ Carvalho, Matheus (2017). Automatización práctica de laboratorio: fácil con AutoIt. Wiley VCH. ISBN 978-3-527-34158-0.

Lectura adicional