ロボットの構築とテスト

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11440 (2023) この記事を引用

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ロボット システムは、ロボットの専門家ではない人にとって比較的単純な人間とロボットの対話を容易にし、さまざまなプロセスを実装する柔軟性を提供します。 これに関連して、プロセス時間の短縮、および製品とプロセスの品質の向上が達成される可能性があります。 ロボットは時間のかかるプロセスを短縮し、人間工学的に好ましくないタスクを引き継ぎ、常に効率的に作業します。 さらに、安全性を維持または向上させながら柔軟な生産が可能です。 この研究では、双腕ロボットベースのモジュラーインフラストラクチャの開発の成功と、ナノ粒子の再現可能な生産のための自動化プロセスの確立について説明します。 概念実証として、フォトニック結晶の構成要素として直径約 200 nm のシリカ ナノ粒子を調製するための手動合成プロトコルが、完全に自動化されたプロセスに変換されました。 自動化システムのすべてのデバイスとコンポーネントは、合成要件に従って最適化および適合されました。 自動化されたナノ粒子生成の利点を実証するために、手動合成 (研究室の技術者によって行われる合成) と自動合成のベンチマークが行われました。 この目的を達成するために、さまざまな処理パラメーター (合成手順、投与量の精度など) と生成されたナノ粒子の特性が比較されました。 ロボットの使用により、合成の精度と再現性が向上しただけでなく、人員の時間とコストが最大 75% 削減されたことを実証しました。

プロセス自動化は 21 世紀のトレンドです。 これを後押しする主な要因は、コスト圧力の増大、人件費と実験設備の高騰（キーワード：「人員能力の解放」）、ワークフローの加速とその結果としての分析処理の高速化、品質管理の改善、製造における高い規制要件などです。エンドユーザーが生産テクノロジーをより幅広く利用できるようになります。 このように、自動化は、特にヨーロッパで近年増加している熟練労働者の不足に対処するのにも役立ちます1。 自動化にはさまざまなレベルがあります2。 最も低いレベルの自動化では、研究室のスタッフがすべての作業ステップを実行します。 利点は、高度な柔軟性と、複雑で多様な活動を可能にする人間の認知能力です。 最高レベルの自動化は、完全に自動化されたプロセスです。 このようなプロセスの開発には高額の投資コストがかかるため、非常に高いスループットの場合にのみ経済的に実現可能です。 これには、運用、メンテナンス、トラブルシューティングに多額の費用がかかる、完全に安定し、保護された変動の少ない生産プロセスが必要です。 部分自動化のさまざまなレベルは、手動実行と完全自動化の間にあり、特定のサブプロセスのみが自動化されます。

ナノ粒子（NP）に焦点を当てると、近年、異なる設計の反応器（バッチ反応器や液体処理装置など）などの部分自動化を使用することで、NP 合成の制御と再現性が向上したと考えることができます2。 3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13。 特に、マイクロ流体ベースのソリューションは、例えば、金ベース、半導体ベース、脂質ベースのNPおよびNPベースのRNA/DNA薬物送達システムの製造のために確立されている14、15、16、17、18。 医薬品製造で知られる部分的に自動化されたワークステーションは、NP 合成にも適用されます。 しかし、このようなシステムの主な用途は、いくつかのパラメータまたは物質を変更して短時間でテストできるハイスループットスクリーニングです19。 これにより、最適な合成条件を決定することができる。 さらに、要件プロファイルに従って、望ましい特性を備えたいくつかの NP バリアントを提供できます19。 これらのシステムは NP の完全自動生成を可能にするものでも、広範なアプリケーション ドメインをサポートするものでもないことは注目に値します。