分析测量系统带来样品制备自动化

分析测定在化学、制药学或者生物技术的研究、反应和生产过程的追踪或者生活用品的质量检测等不同领域都有着十分重大的意义。在按照顺序的进程中分析系统的24/7充分利用是必要和重要的。出于这个原因，在今天几乎没有不带自动化技术的相应的仪器出售。自动化大多存在于实现自动化样品任务和/或者确保换样。

测量技术的测定准备在样品制备阶段经常是必需的，这是为了把将要测量的样品从伴生物质中分离出来或者以一种可测量的形式来运输。只存在少量的可以采用必要的样品制备的仪器或者仪器系统。这一点是绝对必要的，如果有样品制备，必须直接在分析之前在线操作，这是为了避免样品组成部分的分解。

要求

因为在样品制备中的消耗，在每个不同的分析系统和课题是不同的，所以对自动化样品制备的要求也是不同的。这样样品的制备，比如说准确测定物质的剂量或者稀释溶液，一个普通的液体处理人员已经可以完成这样的工作。如果必须进行重水提浓、过滤、离心分离以及/或者衍生步骤，对此所必需的自动消耗部分也会显著提高。按照不同的实施方案也要考虑到专业条件例如惰性条件（化学方案）或者无菌条件（生物，尤其是细胞基础系统）下的实施。

自动化系统方案首先有两个本质课题：

a） 按照顺序进行的样品制备VS同时进行的样品制备。

有关按照顺序进行的样品制备、或者同时进行的样品制备的决定，依赖于特有的反应要求。因此要解释将要进行制备的需要用料通过量、时间要求和数量的问题。在临床、细胞或者染色体基因领域中使用通常可以相对简单地进行自动化；或者样品的数量比较大，出于这个原因同时进行的程度有着很大的进步。在化学领域中有着众多对自动化技术有要求的任务，因为大气的控制，甚至可能发生在变动的压力下，或者可能会有用不同的、容易部分挥发的物质的工作出现。样品数量较小以及高成本的自动化，工作通常还是按照顺序进行。

b） 完全自动化VS部分自动化

将所有的工作步骤自动化，原则上来说是可能的，这样能确保全面的过程。关于这一点必须要注意，全部过程也要求消耗程序化，反应的可能性还是受到数据反馈的结果的限制。通过逐渐将仪器引入简单实验操作自动化以及将自动化引入全部任务的实施，可以产生分散的自动化系统。相对于大多数集中的系统来说它具有更高的灵活性。一部仪器的错误不会导致整个系统的崩溃，错误能够更加容易地本地化，也能更为容易地排除。还有一点是价格/使用的评估。完全自动化要求大量的发展工作来促进已有模块的融合以及模块自身的发展。如果这不是纯粹的研究设备，为了推动工作步骤而进行的自动化的消耗就不能超过期望的收益。

化学方法解决方案

化学样品的分析样品制备一般来说是液体处理。在实验自动化中，液体处理系统处于一个中心的位置。通过简单的系统限制液体通过吸管或者针的单管或者多管的剂量。为了能够实现全部过程的自动化，其他功能的融合例如摇动、加热、过滤等等有着重要意义。

相应的系统可以在PAL吸管机械的基础上实现。xyz机械会和不同的步骤结合在一起，这样样品制备步骤的工作、衍生直到样品运送都可以在能测量的形式下进行。和分析测量系统的结合可以为了GC 6890, GC/MS 5973, HPLC 1100, HPLC-MS VL (Agilent Technologies), HPLC LaChrom 7000 (Merck-Hitachi), Quattro II (Micromass) 或者 FTICRMS Apex III (Bruker)实现。根据系统灵活的基本结构，可能进行的衍生程序的数量没有受到限制，还能为了酰机化作用、甲基化作用、甲基硅烷化作用或者分析的特定程序以及简单的样品制备（稀释、标准加成物）投入使用。样品惰性条件下的工作也是可以进行的。系统加工不同的样品规格，然而所有这些都会添加到微观滴定板的基本屏面上去（图1）。

图1 自动化样品制备和化学样品分析的Kombi-PAL系统

如果除了纯液体处理程序之外还要实施复合样品制备，例如处理固体以及不同容器的运输和加工，就要使用复合完全自动化系统。在市场上一般没有这样的系统出售，却有专门为顾客的解决方案，在特殊条件下能设计和实施。中心机械并没有和众多单一步骤结合在一起（液体处理、晃动器、加热器、搅拌器等），承担了将所有单个步骤结合在一起的系统融合的功能。这种类型的复合系统的困难在于：不同制造商的仪器和不同的硬件软件结合在一起，实现设备的持续运转。为了控制复合系统，软件解决方案是必须的，这实现了可以使没有许多项目知识的操作员操作。

相应的系统会在Zymate系统的基础上，由自动化技术学院研制。除了配料泵中的简单液体处理，也可以在与上述的Zymate机械连接在一起的PAL系统的功能范围中应用。除此之外，系统还可以进行固体配料、加热、摇晃和搅拌以及使用样品瓶的处理（打开、关闭、卷边）。不同分析系统的接合（GC、GC/MS、HPLC）实现了分析的完全自动化。最初，系统是为了复合样品制备，以及受化学生物药剂污染的地面和水样品而研制的，减少人员对有毒样品的处理。根据系统的灵活结构PAK、氯酚，以及催化作用或者反应优化领域的方法都能实现自动化（图2）。

生物样品制备

一般来说，生物方法建立在简单的分析程序的基础上，例如吸收、荧光或者冷光。但是在真正的测量前，经常还要进行很多单独的步骤。生物方法的样品制备提出了真正的要求，尤其是关于自动化解决方案的部分。一方面，和化学方法不同，要多方面同时进行，需要大量的样品。单一样品和容器的处理也是如此。标准规格是至1536孔的微观滴定板。除此之外，生物样品的处理部分要求无菌条件。细胞或者细胞系统的处理也有着很大的困难。 [page]

除了实现了多方面同时进行液体处理的简单的自动化解决方案，在生物样品制备领域中，以复合转移机械为基础的系统也在投入使用。中心机械和不同的步骤结合在一起（封底层密封物质、钻孔器、保温箱、读卡机、垫圈等），进行样品运输。系统基本结构的高度灵活也是前提条件，为了能够实现不同酶或者细胞为基础的化验的快速适应，根据要加以处理的样品的庞大数量以及部分步骤时间上的优先权，对于时序安排程序的要求尤其高，程序应该实现整个系统的最合理的使用。

有时细胞系统的无菌条件的要求使自动化变得更加艰难。除了成本问题，即要通过机械设备的冰储存来达到无菌状态。尤其要注意，所有投入使用的部分系统符合无菌要求（放射部分的数量）。这就导致了系统在无菌领域中也可以使用。

在生物样品制备领域中未来的发展首先和自动细胞处理这个主题有关。其中，自动细胞培植会和自动细胞分离解决方案（例如Aviso有限责任公司的系统）一样起着重要的作用。解决方案会受到相应程序的完全自动化的影响（图3)。

软件解决方案

自动化解决方案也要求迅猛的软件发展。这既包括实验和设备的程序化的领域也包括有关数据的分析利用以及归档。本质上来说，这是样品制备和分析系统之间的直接连接。因此这对于使用者来说有着一定的重要性，所有试验有关的数据一次输入电脑，通过智能软件解决方案进行数据移交。统一的软件界面的实现是使用者接受度的本质前提（图4）。

对于需要许多设备实施的复合解决方案、设备和系统，会提供实验室信息管理系统（LIMS）。如今它不仅仅用于实验计划，还逐渐具有直接仪器连接，这实现了双向数据交换。目前使用以网络为基础的系统的趋势不断上升。根据标准化交叉点和受欢迎的软件包结合是可以实现的。除此之外，软件的升级操作可以很简单，因为在服务器范围中会存在兼容；但是附加的和有规律的安装不是对于所有使用计算者来说都是必须的，尤其是在拥有众多使用者的系统中。

前景

样品制备自动化的未来发展会依赖方法发展的情况（化学、生物、HTS、单个样品处理或者同时进行的样品操作），既涉及到带有被限制功能范围的单一系统领域，也涉及到复合阶段或系统。就这一点来说，复合系统在未来可以大规模实现，首先它要依赖于要处理样品的数量。除此之外，设备的灵活组合使顾客不需要很多程序知识就能操作，也将会持续对完全自动化复合系统的接受或者拒绝起着关键性的作用。

统一的结合点形式的引入是值得庆祝的。这样关于不同仪器与系统的融合和连接的工程成本就会减小，物美价廉的解决方案就会在市场上出现。对使用者有利的软件包的发展以及针对分析的规划、实施和归档的LIM系统在别的领域上也会有较高的优先权。