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杜世振博士 Dr. Simon Du 专家专栏 - 一文读懂关于实验室自动化的知识点,以 Chemspeed 为例

[专家专栏 – 实验室自动化] 一文读懂关于实验室自动化的知识点,以 Chemspeed 为例

—— 杜世振丨力扬自动化合成及优化专家

对于从事生物学、基础医学、临床医学等领域的科研工作者来说,自动化工作台在实验室中必不可少,也正因此,科研人员才得以解放双手并将更多的时间和精力投入到更具价值的学术研究当中。 近年来,实验室自动化布局已是常态,越来越多的企业在升级自动化的同时也集成了许多智能化元素,如借助人工智能、大数据、物联网、5G 等新兴技术缔造新一代未来实验室。如果说工业 4.0 的时代已经到来,那么 “实验室 4.0” 更是紧追其后,为生化科研机构、生物医药企业、大学科研所等提供更智能化、数字化、模块化的服务。

自 2016 年加入力扬企业以来,我参与了材料化学领域的自动化实验室解决方案和技术支持工作,负责欧洲知名的实验室自动化仪器设备提供商 Chemspeed 的高通量 / 自动化研发设备在中国北方的市场开发、客户应用、技术支持工作。

下面我将以 Chemspeed 为例,为大家详细介绍实验室自动化平台的价值体现。

【关于 Chemspeed】

Chemspeed 是一家瑞士公司,在化学自动化研发领域有着超过 20 年的专业经验,总部位于巴塞尔,这里是欧洲传统的化学工业和精密加工制造行业的发达地区。一方面,这里众多的化学企业,如罗氏、诺华、巴斯夫、克莱恩化学等给 Chemspeed 相应的化学应用带来了很多先进的经验;另一方面,它先进的精密加工制造行业给 Chemspeed 发展化学自动化带来了硬件上的巨大优势。

目前 Chemspeed 在全球范围内有着 500 多套不同类型的化学研发自动化设备,超过 70% 的员工都具有化学或者是工程学科的专业背景。对 Chemspeed 来说,它在化学自动化研发领域有着一系列配套的解决方案,比如从样品的制备到样品合成、工艺研究、配方的开发和探索以及后续的应用测试等等,Chemspeed都有相应配套的高通量解决方案。下图展示的螺旋形上升的过程代表了 Chemspeed 独特的研发哲学,这种螺旋形上升的研发哲学不同于我们日常所看到的闭环式研发模式,它是一个发展的、进化的、不断趋于完善的一个过程。 Chemspeed 的愿景是为科学家从新想法的出现,到创造价值的每一步提供创新科技支持,最终的目的是加速客户从构思探索到价值创造的整个过程。

 

Chemspeed研发哲学

 

【Chemspeed 的核心技术】- 顶置式分配称重单元

Chemspeed 的关键核心技术之一,是顶置式分配称重单元。提到加样,我们脑海中首先想到的是把样品放在天平上进行分配、称量,而 Chemspeed 采取顶置式的称重分配过程,彻底地改变了传统的加样方式: 在操作过程中反应容器是固定不动的,而动起来的是天平。具体运行过程是: 机械手把天平抓起来,然后带着样品移动到反应容器上方,按照设定的质量把样品精确的分配到反应容器中,这样的做法一方面显著提高了加样的效率,另一方面加样过程不影响化学反应的进行,比如加热、混合、回流等等,这种加样方式是传统方式所不能达到的。

可以说顶置式称重分配技术代表了 Chemspeed 最有创新性和颠覆性的自动化理念,彻底改变了传统的加样方式。它可以完成化学研发过程中所有物料的加样过程,比如对不同量级固体物料,从几克甚至上百克,下到毫克甚至是微克级别,Chemspeed 都有成熟和高效的自动加样方案。对于液体,无论是高粘度液体还是普通的常规化学试剂,Chempseed 都可以实现自动化的按体积或按重量的加样过程。

 

【Chemspeed 的核心技术】- 反应器技术

另外一个非常关键的技术是 Chemspeed 的反应器技术,反应器技术是 Chemspeed 长期和不同的大型化学化工企业共同合作开发的反应器解决方案,包括常压合成模块、高压合成模块、小体积合成模块、工艺开发反应器、配方开发反应器等等,这些反应器技术都是与巴塞尔地区的世界著名化学化工企业,像诺华、巴斯夫、欧莱雅等共同开发而来,最终成为了 Chemspeed 的专利产品,并逐步推向世界,服务于全世界的客户。

【划重点】

Chemspeed 的自动化平台的构建过程主要包含两个步骤,1) 根据需求选择不同的试剂加样工具;2) 搭配不同的反应器技术,并结合 Chemspeed 专有的控制软件 (AutoSuite),即完成模块化的平台构建过程。根据需求,平台上的工具或反应器可以随时替换或升级,以应对不同的新实验流程。

自动化研发平台
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杜世振博士 Dr. Simon Du 专家简历
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