Robotergestütztes und zugleich flexibles Pipettieren Liquid-Handling-Helfer: Sechsachsroboter bedient elektronische Pipette

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Pipettieren in der Pharma-Forschung muss unter hohen Hygieneanforderungen stattfinden. Damit eignet sich diese Wiederholaufgabe perfekt für robotergestützte Automatisierung. Schwierig wird es, wenn gleichzeitig Flexibilität erwünscht ist, weil Quell- und Zielgefäße in unterschiedlichen Größen zu handhaben sind. Ein neues vollautomatisches Pipettiersystem soll hier Abhilfe schaffen.

In der Forschung sowie bei der Herstellung pharmazeutischer Produkte spielt das Pipettieren und Aliquotieren von Substanzen eine entscheidende Rolle. Bei dieser repetitiven Tätigkeit müssen strenge zeitliche und sicherheitsrelevante Vorgaben eingehalten werden, und sie muss unter sterilen Bedingungen stattfinden. Aus diesem Grund haben sich in der pharmazeutischen Forschung vollautomatisierte Lösungen etabliert, die auf Basis vorhandener Laborgeräte entwickelt wurden. Der Automatisierung waren aber bislang dort Grenzen gesetzt, wo eben keine reinen Wiederholaufgaben zu erledigen waren. Wenn z. B. sowohl aus kleinen als auch großen Gefäßen pipettiert werden sollte, braucht es nach wie vor einen menschlichen Bediener.

Das Unternehmen Essert Robotics hat als Spezialist für flexible Automatisierungslösungen jetzt eine neue Roboterzelle für exakt dieses Aufgabenspektrum entwickelt. Die Lösung besteht aus einem Sechsachsroboter von Stäubli, der mit einer elektronischen Pipette ausgestattet ist und die Handling-Aufgaben im Arbeitsbereich einer mikrobiologischen Sicherheitswerkbank erledigt. Dabei handelt es sich keinesfalls um einen „normalen“ Roboter aus der Industrieautomation, sondern um einen Stericlean Roboter. Diese Baureihe – hier ein kompakter TX2-60L – wurde speziell für den Betrieb in aseptischen Produktionsbereichen der Klasse A entwickelt.

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Konzipiert für Einsätze in aseptischer Umgebung

Die vollständig gekapselte Bauform der Roboter, die Ausführung besonders beanspruchter Teile in Edelstahl und eine spezielle Oberflächenbehandlung schaffen die Voraussetzung dafür, dass die TX2 Stericlean Roboter dauerhaft in aseptischen Produktionsbereichen arbeiten können. Sie sind GMP-konform und erfüllen die ANSI/RIA R15.06 Standards. Darüber hinaus unterstützen sie die hohen AAP-Anforderungen. Mit diesen Eigenschaften gewährleisten sie einen umfassenden Schutz der Produkte, die sie handhaben, verpacken oder eben pipettieren, heißt es in einer Pressemeldung. Das bedeutet: Damit können keimfreie Prozesse automatisiert werden, in denen der Einsatz von Standardrobotern ansonsten unmöglich wäre – etwa beim Pipettieren.

Pipettieren auf einer mikrobiologischen Sicherheitswerkbank

Mit dem Roboter als Kernkomponente hat Essert nach eigenen Angaben ein Automatisierungssystem für die Labortechnik mit bisher unerreichter Flexibilität entwickelt. Handhabung und Pipettieren finden auf einer mikrobiologischen Sicherheitswerkbank der Klasse II von Weiss Pharmatechnik statt, die speziell für diesen Anwendungsfall konzipiert wurde. Sie entspricht den Anforderungen der Aufnahme der DIN EN 12469 („Biotechnik - Leistungskriterien für mikrobiologische Sicherheitswerkbänke“) und bietet reine Luft der Klasse ISO 5 gemäß ISO 14644-1 bzw. Reinluftklasse A gemäß EU-GMP Annex 1 (Aseptische Bedingungen).

Zusätzlich werden die unterhalb der Arbeitsfläche liegenden Kontaminationsbereiche durch einen Inflow von 0,5 m/s in Unterdruck gehalten, sodass keine Partikel aus dem Arbeitsbereich austreten können. Die benötigte Luft wird dem Aufstellraum entnommen und oben am Werkbankdach über einen HEPA-Filter wieder abgegeben.

Gefäße von Millilitern bis zu drei Litern beproben

Die zentrale Neuerung des Systems ist, dass der Stäubli-Roboter in der Lage ist, auf mehrere sowie verschieden große Quell- und Zielgebinde zuzugreifen – mit einem Volumen von wenigen Millilitern bis zu zwei oder drei Litern. Eine solche flexible Automation ist z. B. dann erwünscht, wenn kleinere Chargen ohne Zeitverzug zu pipettieren sind, um den Workflow in Labor effizient zu gestalten. Außerdem wird so das Risiko minimiert, Verunreinigungen von außen in den Prozess einzutragen.

Auch tiefgefrorene Medien sind händelbar

Je nach Applikation kann der Stäubli TX2-60L das zu pipettierende Material auch auf mehrere Zielgebinde aufteilen, d. h. aliquotieren. Bei Bedarf kann ein elektrischer Greifer sogar Gefäße mit tiefgefrorenen Medien aus einem vollintegrierten Ultratiefkühlschrank entnehmen. Nach definierter Auftauzeit entnimmt der Roboter per Pipette das Medium und beprobt damit die vorgesehenen Gefäße. Je nach Anwendungsfall sorgt ein automatisierter Decapper für höheren Durchsatz. Optional lassen sich die Proben vollautomatisch etikettieren. Die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des Roboters gewährleistet hohen Durchsatz und maximale Produktivität.

GMP-Anforderungen werden erfüllt

Das OS Betriebssystem von Essert nutzt erprobte Audit Trail und PM Quality Funktionen, sodass die GMP-Anforderungen erfüllt werden. Durch die exakte Positionierung der Pipette am Roboterarm und mehrfache Prüfungen wird eine sehr hohe Prozessqualität garantiert, verspricht der Hersteller. Die gesamte Lösung ist in Edelstahl ausgeführt und erfüllt alle Anforderungen an einen hygienischen Prozess.

Fazit: Neue Effizienz in der Laborautomation

Mit dem von Essert Robotics entwickelten, vollautomatisierten Pipettiersystem können Anwender eine Vielzahl von laborüblichen Tätigkeiten, die eine gewisse Flexibilität erfordern, personenunabhängig und zu jedem beliebigen Zeitpunkt durchführen. Die Anlage ist stets betriebsbereit, sodass nachgelagerte Prozesse pünktlich bedient werden können.

Manuelle Fehler, ineffektiver Personaleinsatz, Kontaminationsrisiken für Menschen und Medien sowie Ausfallzeiten wegen fehlendem oder unbrauchbarem Ansatz gehören damit laut Herstellerangaben der Vergangenheit an – und die Robotik hat sich ein weiteres (flexibles) Einsatzfeld im Sterilbereich der Pharmaindustrie erobert.

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