Роботы в науке: необходимость или излишество?

В последние годы автоматизация рутинных процессов прочно вошла в повседневную практику современных лабораторий, значительно расширив возможности ученых. Роботизированные системы теперь выполняют задачи, которые раньше казались неподъемными или требовали бы колоссальных временных затрат. Но действительно ли настолько велики объемы работы, что без этих роботов наука не могла бы двигаться вперед? Давайте разберемся, зачем же нужны автоматические системы и как они меняют подход к исследованиям.

Автоматизация в молекулярной биологии и медицине

Одним из самых ярких примеров применения роботов в науке является молекулярная биология и медицина. Современные лаборатории активно используют автоматические станции для ПЦР (полимеразной цепной реакции), системы пробоподготовки для секвенирования нового поколения (NGS), а также платформы для экстракции нуклеиновых кислот и очистки биомолекул. Данные устройства значительно облегчают проведение экспериментов, снижая время выполнения рутинных задач, повышая точность и воспроизводимость результатов.

Почему объемы работ так велики?

На первый взгляд может показаться, что подобная автоматизация избыточна. Однако объемы данных, с которыми сталкиваются современные биологические и медицинские лаборатории, действительно огромны. Например, при проведении исследований, связанных с геномом, необходимо анализировать десятки тысяч образцов. Ручная работа с таким количеством материала занимала бы месяцы, если не годы, а ошибки на каждом этапе были бы неизбежны.

Представьте исследование, в рамках которого необходимо определить наличие определенного гена у тысяч пациентов для прогнозирования заболевания. Без роботов ПЦР-анализ каждой пробы пришлось бы делать вручную, что потребовало бы не только огромного количества времени, но и повышало риск ошибок из-за человеческого фактора. Современные автоматические станции могут проводить десятки, а то и сотни реакций одновременно, минимизируя участие человека и обеспечивая высокую точность.

Роботы для пробоподготовки в NGS

Секвенирование нового поколения (NGS) произвело настоящую революцию в области генетики, открыв ученым доступ к быстрому и точному чтению ДНК и РНК. Однако сама по себе процедура NGS требует тщательно подготовленных образцов. Для этого используются сложные протоколы, которые включают этапы экстракции, амплификации, фрагментации и очистки нуклеиновых кислот. Каждый из этих процессов требует множества манипуляций с пробами, что делает ручную работу крайне сложной и чреватой ошибками.

Роботы для пробоподготовки автоматизируют данные процессы, позволяя проводить их быстро и с минимальным риском контаминации. Это особенно важно при работе с большими наборами данных, такими как исследования по изучению метагеномики или анализ генетических вариаций, где даже одна малейшая ошибка может привести к неправильной интерпретации данных. В результате роботы становятся незаменимыми в этой области, помогая ученым быстрее и точнее обрабатывать огромные объемы данных.

Рис. 1. Пример расстановки адаптеров на рабочем стола автоматизированной станции

Очистка биомолекул и роботизированные платформы

Не менее важной задачей в биологических исследованиях является очистка биомолекул, таких как белки, ДНК и РНК. Высокоэффективное разделение и очистка биомолекул осуществляется такими методами, как твердофазная экстракция (SPE) и жидкостно-жидкостная экстракция (LLE). Эти процессы требуют точных условий и многократного повторения процедур для каждого образца, что делает их крайне трудоемкими и длительными при ручной работе.

Автоматические платформы для SPE и LLE позволяют проводить экстракцию и очистку с высокой скоростью и воспроизводимостью. В таких областях, как протеомика и метаболомика, где требуется высокая степень чистоты образцов для последующего анализа, автоматизация становится настоящим спасением.  Роботы обеспечивают не только высокое качество очистки, но и снижают трудозатраты исследователей, освобождая их время для более сложных аналитических задач.

Экстракция нуклеиновых кислот: новый уровень эффективности

Автоматические системы для экстракции нуклеиновых кислот также играют ключевую роль в современных исследованиях. Экстракция ДНК и РНК является важнейшим этапом в большинстве молекулярных исследований, таких как диагностика заболеваний, генетические исследования или вирусологический анализ. Этот процесс требует точности и высокого уровня чистоты материала, особенно при работе с клиническими образцами.

Ручная экстракция нуклеиновых кислот требует множества этапов, включая лизис клеток, осаждение, очистку и ресуспензию. Каждый из этих шагов потенциально подвержен ошибкам, а также требует большого количества времени. Использование автоматических систем значительно упрощает этот процесс, позволяя получать высококачественный материал в больших объемах и с минимальным вмешательством оператора.

Рис. 2. Лаборант против роботизированной автоматизации при обработке проб

Преимущества роботов в науке

Автоматизация в научных лабораториях приносит многочисленные плюсы, которые выходят далеко за рамки простого увеличения скорости работы. Вот несколько ключевых преимуществ, которые роботы предоставляют в научных исследованиях:

  1. Точность и воспроизводимость. Роботы обеспечивают высокую точность выполнения процедур, что особенно важно в лабораторных условиях. Воспроизводимость результатов — один из ключевых факторов в науке, и автоматизация помогает исключить человеческий фактор, который может вносить ошибки в эксперименты.
  2. Снижение риска контаминации. В лабораторных исследованиях, особенно в молекулярной биологии, важно минимизировать риск загрязнения проб. Автоматические системы работают в закрытых средах, что значительно снижает вероятность контаминации.
  3. Увеличение скорости работы. Роботы позволяют обрабатывать сотни образцов одновременно, что значительно сокращает время экспериментов. Это особенно важно при работе с большими наборами данных, такими как исследования геномов или метаболомики.
  4. Экономия времени исследователей. Благодаря автоматизации ученые могут сосредоточиться на анализе данных и постановке гипотез, а не на рутинных процессах, таких как пробоподготовка или экстракция.
  5. Минимизация ошибок. Ручная работа всегда сопряжена с риском ошибки, особенно при выполнении сложных или многоступенчатых процедур. Роботы исключают этот фактор, обеспечивая стабильные и точные результаты.

Раскапывающие станции от компании Aurora идеально отвечают всем перечисленным требованиям. Данные роботы не только гарантируют точность и надежность в работе, но и являются гибкими и программируемыми, что позволяет использовать один и тот же прибор для решения различных задач. Производитель также предлагает широкий ассортимент адаптеров, модулей и блоков, обеспечивая максимальную адаптацию оборудования под разнообразные нужды лабораторий.

Рис.3. Пример автоматизированной раскапывающей станции от Aurora,  VERSA PCR

Заключение

Современная наука становится все более сложной и требует работы с огромными объемами данных. Автоматизация лабораторных процессов с помощью роботов — это не просто дань технологическому прогрессу, а необходимое условие для успешного выполнения многих исследований. Роботы обеспечивают высокую точность, воспроизводимость и скорость, которые просто невозможно достичь вручную. Они освобождают время исследователей, позволяя им сосредоточиться на более важных задачах, и становятся незаменимыми помощниками в современных лабораториях.