Extreme Temperaturschwankungen zwischen Lagerung und Analyse
Richard Aufreiter, VP Product Marketing, Identification Technologies, HID Global.
Automatisierte Probenverarbeitung
Die Proben werden in Analyseröhrchen bei minus 196 Grad Celsius gelagert. Untersuchungen und Tests finden zum Teil bei Zimmertemperatur statt. Die Temperaturschwankungen sind enorm und eingesetzte Komponenten wie Probengefäße und Probenhalter müssen im Einzelfall mehr als 500 Zyklen überstehen.
Die steigende Anzahl an Proben pro Jahr stellte das EMBL im Jahr 2018 vor die Entscheidung, ein automatisiertes Proben-Handling zu entwickeln. Ein neuer Probenhalter- Standard in Kombination mit einem Roboter testet die wachsende Probenanzahl ohne manuellen Mehraufwand.
Richard Aufreiter erläutert weshalb der Einsatz von RFID-Tags die performanteste Lösung ist, um im automatisierten Prozess keine einzige Probe durch eine fehlende Kennzeichnung zu verlieren.
Automatisierte Probenverarbeitung
Die Proben werden in Analyseröhrchen bei minus 196 Grad Celsius gelagert. Untersuchungen und Tests finden zum Teil bei Zimmertemperatur statt. Die Temperaturschwankungen sind enorm und eingesetzte Komponenten wie Probengefäße und Probenhalter müssen im Einzelfall mehr als 500 Zyklen überstehen.
Die steigende Anzahl an Proben pro Jahr stellte das EMBL im Jahr 2018 vor die Entscheidung, ein automatisiertes Proben-Handling zu entwickeln. Ein neuer Probenhalter- Standard in Kombination mit einem Roboter testet die wachsende Probenanzahl ohne manuellen Mehraufwand.
Richard Aufreiter erläutert weshalb der Einsatz von RFID-Tags die performanteste Lösung ist, um im automatisierten Prozess keine einzige Probe durch eine fehlende Kennzeichnung zu verlieren.
Richard Aufreiter, VP Product Marketing, Identification Technologies, HID Global.
„Bei den Testreihen mit mehr als 200.000 Proben pro Jahr ist die RFID-Technologie für das effiziente und korrekte Handling essentiell. Die Transponder halten den extremen Bedingungen wie beispielsweise Kryo-Temperaturen und hohen Temperaturschwankungen stand. HID‘s Piccolino-Tags schaffen den technologischen Spagat zwischen kleinster Bauform und höchstmöglicher Robustheit. Sichere und reproduzierbare Prozesse im Labor sind das Ergebnis.“
Richard Aufreiter
– VP Product Marketing
bei HID
Keine Probe durch fehlende Kennzeichnung verlieren
Das Innere des Synchrotrons – die Röntgenstrahlen werden in der silbernen Röhre übertragen.
200.000 kristalline Proben jährlich ausgewertet
Mit der Zielsetzung, Wirkstoffe unter Anderem für neue Krebsmedikamente zu erforschen, werden am European Molecular Biology Laboratory (EMBL) pro Jahr über 200.000 kristalline Proben verarbeitet. Die Probenbehälter werden bei fast minus 200 Grad Celsius gelagert und in mehreren Testreihen kontinuierlich in einem Elektronensynchrotron bei Raumtemperatur analysiert.
Das Proben-Handling erfolgt hochautomatisiert von Robotern unterstützt. Die kontinuierliche Identifikation während der Testreihen wird durch die Kennzeichnung der Probenhalter mit kryo-resistenten HF-RFID-Tags gewährleistet.
200.000 kristalline Proben jährlich ausgewertet
Mit der Zielsetzung, Wirkstoffe unter Anderem für neue Krebsmedikamente zu erforschen, werden am European Molecular Biology Laboratory (EMBL) pro Jahr über 200.000 kristalline Proben verarbeitet. Die Probenbehälter werden bei fast minus 200 Grad Celsius gelagert und in mehreren Testreihen kontinuierlich in einem Elektronensynchrotron bei Raumtemperatur analysiert.
Das Proben-Handling erfolgt hochautomatisiert von Robotern unterstützt. Die kontinuierliche Identifikation während der Testreihen wird durch die Kennzeichnung der Probenhalter mit kryo-resistenten HF-RFID-Tags gewährleistet.
Das Innere des Synchrotrons – die Röntgenstrahlen werden in der silbernen Röhre übertragen.
HF-RFID nahe dem absoluten Nullpunkt
Der Probenhalter (Puck) wird in den Lagercontainer gegeben. Für die Einbringung der Tags in die Probenhalter stehen nur sechs Millimeter im Durchmesser zur Verfügung. Am EMBL werden aktuell „Piccolino“-Tags von HID eingesetzt.
Patentiertes Verfahren erzeugt dauerhafte Verbindung von Antenne und IC
„HF-RFID-Tags von HID Global sind das Schlüsselelement in den hochautomatisierten, robotergestützten Proben-Handling-Prozessen. Nicht jeder RFID-Chip arbeitet unter diesen Temperaturbedingungen dauerhaft mit gleichbleibender Performance. Nicht geeignete Materialien können beispielsweise brechen“, berichtet Richard Aufreiter.
„Der eingesetzte Transponder zur dauerhaften Kennzeichnung der Probenhalter musste so robust wie möglich, dabei aber besonders klein sein. Für die Einbringung der Tags in die Probenhalter stehen nur sechs Millimeter im Durchmesser zur Verfügung.“
Das EMBL setzt aktuell in den Probenhaltern individuell angepasste „Piccolino“-Tags von HID ein. Die Tags sind im patentierten Verfahren hergestellt, bei dem der IC direkt mit der Antenne verbunden wird. „Ein zusätzliches Modul zur Verbindung ist überflüssig. Gleichzeitig wird durch das patentierte Bonding- Verfahren die Robustheit der Tags erhöht.“
Patentiertes Verfahren erzeugt dauerhafte Verbindung von Antenne und IC
„HF-RFID-Tags von HID Global sind das Schlüsselelement in den hochautomatisierten, robotergestützten Proben-Handling-Prozessen. Nicht jeder RFID-Chip arbeitet unter diesen Temperaturbedingungen dauerhaft mit gleichbleibender Performance. Nicht geeignete Materialien können beispielsweise brechen“, berichtet Richard Aufreiter.
„Der eingesetzte Transponder zur dauerhaften Kennzeichnung der Probenhalter musste so robust wie möglich, dabei aber besonders klein sein. Für die Einbringung der Tags in die Probenhalter stehen nur sechs Millimeter im Durchmesser zur Verfügung.“
Das EMBL setzt aktuell in den Probenhaltern individuell angepasste „Piccolino“-Tags von HID ein. Die Tags sind im patentierten Verfahren hergestellt, bei dem der IC direkt mit der Antenne verbunden wird. „Ein zusätzliches Modul zur Verbindung ist überflüssig. Gleichzeitig wird durch das patentierte Bonding- Verfahren die Robustheit der Tags erhöht.“
Der Probenhalter (Puck) wird in den Lagercontainer gegeben. Für die Einbringung der Tags in die Probenhalter stehen nur sechs Millimeter im Durchmesser zur Verfügung. Am EMBL werden aktuell „Piccolino“-Tags von HID eingesetzt.
Roboter realisieren hochautomatisiertes Probenhandling
1. Modell der Analysekammer mit silberner Röntgenröhre
Die Röntgenröhre (Beamline – rechts im Bild) des ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) produziert einen fokussieren Röntgenstrahl, der ca. 100 Milliarden mal heller ist als ein Röntgengerät in einem Spital und erzeugt damit ein „Schattenbild“ der Moleküle des Probenkristalls.
1. Modell der Analysekammer mit silberner Röntgenröhre
Die Röntgenröhre (Beamline – rechts im Bild) des ESRF (European Synchrotron Radiation Facility) produziert einen fokussieren Röntgenstrahl, der ca. 100 Milliarden mal heller ist als ein Röntgengerät in einem Spital und erzeugt damit ein „Schattenbild“ der Moleküle des Probenkristalls.
2. Lagercontainer für Proben, daneben der Proben-Roboter
Bis zu 200.000 Probenkristalle pro Jahr werden im Labor ausgewertet. Ein automatisiertes Handling erhöht den Durchsatz und hilft, menschliche Fehler zu vermeiden.
2. Lagercontainer für Proben, daneben der Proben-Roboter
Bis zu 200.000 Probenkristalle pro Jahr werden im Labor ausgewertet. Ein automatisiertes Handling erhöht den Durchsatz und hilft, menschliche Fehler zu vermeiden.
3. Probenhalter wird in den Lagercontainer gegeben
Bis zu 10 Probenkristalle werden zusammen in zylindrischen Behältern, sogenannten „Pucks“ zur leichteren Handhabung und Lagerung aufbewahrt. Zur eindeutigen Identifizierung sind diese mit cryo-resistenten RFID-Tags versehen.
3. Probenhalter wird in den Lagercontainer gegeben
Bis zu 10 Probenkristalle werden zusammen in zylindrischen Behältern, sogenannten „Pucks“ zur leichteren Handhabung und Lagerung aufbewahrt. Zur eindeutigen Identifizierung sind diese mit cryo-resistenten RFID-Tags versehen.
4. Puck mit Proben in flüssigem Stickstoff
In flüssigem Stickstoff bei -196°C (-321°F) werden die gezüchteten Probenkristalle bis zur Analyse tiefgefroren gelagert. Mehrere Pucks lagern zusammen in einem Behälter, wodurch auch hier die Identifikation über RFID wichtig ist.
4. Puck mit Proben in flüssigem Stickstoff
In flüssigem Stickstoff bei -196°C (-321°F) werden die gezüchteten Probenkristalle bis zur Analyse tiefgefroren gelagert. Mehrere Pucks lagern zusammen in einem Behälter, wodurch auch hier die Identifikation über RFID wichtig ist.
5. Puck mit Proben im Leser
Ein Puck mit Proben außerhalb des Cryo-Behälters.
5. Puck mit Proben im Leser
Ein Puck mit Proben außerhalb des Cryo-Behälters.
6. Bildschirmfoto des Status des Proben-Roboters
Der Roboter identifiziert vollautomatisch die einzelnen Proben im Puck und kann diese auch in das Analysegerät einsetzen bzw. aus diesem entfernen.
6. Bildschirmfoto des Status des Proben-Roboters
Der Roboter identifiziert vollautomatisch die einzelnen Proben im Puck und kann diese auch in das Analysegerät einsetzen bzw. aus diesem entfernen.
7. Analysekammer mit Detektor, Probenhalter und Proben-Roboter (v.l.n.r.)
Der Roboter entnimmt die gewünschte Probe aus dem Cryo-Behälter (rechts) und setzt diese präzise in den gekühlten Probenaufsatz (links) auf dem dann die Probe mit dem Röntgenstrahl getroffen und das Molekülbild im Detektor erzeugt wird.
7. Analysekammer mit Detektor, Probenhalter und Proben-Roboter (v.l.n.r.)
Der Roboter entnimmt die gewünschte Probe aus dem Cryo-Behälter (rechts) und setzt diese präzise in den gekühlten Probenaufsatz (links) auf dem dann die Probe mit dem Röntgenstrahl getroffen und das Molekülbild im Detektor erzeugt wird.
8. Probenhalterung vor dem Ausgang der Röntgenröhre
Auf dem kleinen Stift (unten im Bild) sitzt, kaum für Menschen erkennbar, der Probenkristall, der mit dem Röntgenstrahl des Synchrotrons analysiert wird.
8. Probenhalterung vor dem Ausgang der Röntgenröhre
Auf dem kleinen Stift (unten im Bild) sitzt, kaum für Menschen erkennbar, der Probenkristall, der mit dem Röntgenstrahl des Synchrotrons analysiert wird.