Estabelecendo e testando um robô

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11440 (2023) Citar este artigo

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Os sistemas robóticos facilitam a interação humano-robô relativamente simples para especialistas não-robôs, proporcionando flexibilidade para implementar diferentes processos. Neste contexto, poderiam ser alcançados tempos de processo mais curtos, bem como uma maior qualidade do produto e do processo. Os robôs encurtam processos demorados, assumem tarefas ergonomicamente desfavoráveis ​​e trabalham com eficiência o tempo todo. Além disso, é possível uma produção flexível, mantendo ou mesmo aumentando a segurança. Este estudo descreve o desenvolvimento bem-sucedido de uma infraestrutura modular baseada em robô de braço duplo e o estabelecimento de um processo automatizado para a produção reproduzível de nanopartículas. Como prova de conceito, um protocolo de síntese manual para preparação de nanopartículas de sílica com diâmetro de cerca de 200 nm como blocos de construção para cristais fotônicos foi traduzido em um processo totalmente automatizado. Todos os dispositivos e componentes do sistema automatizado foram otimizados e adaptados de acordo com os requisitos de síntese. Para demonstrar o benefício da produção automatizada de nanopartículas, foram comparadas sínteses manuais (síntese feita por técnicos de laboratório) e automatizadas. Para tanto, foram comparados diferentes parâmetros de processamento (tempo de procedimento de síntese, precisão de dosagem etc.) e as propriedades das nanopartículas produzidas. Demonstramos que o uso do robô não só aumentou a precisão e a reprodutibilidade da síntese, mas também reduziu o tempo e os custos do pessoal em até 75%.

A automação de processos é uma tendência no século XXI. Os principais impulsionadores para isto são a crescente pressão de custos, os elevados custos com pessoal e equipamento de laboratório (palavra-chave: "libertação de capacidades de pessoal"), a aceleração dos fluxos de trabalho e o consequente processamento mais rápido das análises, uma melhor gestão da qualidade, elevados requisitos regulamentares também no fabrico. como uma disponibilidade mais ampla de tecnologias de produção para o usuário final. Desta forma, a automatização pode ainda ajudar a contrariar a falta de mão-de-obra qualificada, que tem crescido nos últimos anos, especialmente na Europa1. Existem diferentes níveis de automação2. No nível mais baixo de automação, a equipe do laboratório executa todas as etapas de trabalho. As vantagens são um alto grau de flexibilidade e as habilidades cognitivas do ser humano para permitir atividades complexas e variadas. O mais alto nível de automação é um processo totalmente automatizado. O desenvolvimento de um tal processo implica elevados custos de investimento e só pode ser economicamente viável no caso de um rendimento extremamente elevado. Isto requer um processo de produção completamente estável, protegido e de baixa variante, com um alto esforço de operação, manutenção e solução de problemas. Vários níveis de automação parcial estão entre a execução manual e a automação total, na qual apenas subprocessos específicos são automatizados.

Ao focar nas nanopartículas (NPs), pode-se concluir que, nos últimos anos, o controle e a reprodutibilidade das sínteses de NP melhoraram com o uso de automação parcial, como reatores de design diferente (por exemplo, reatores em lote ou dispositivos de manuseio de líquidos)2, 3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13. Em particular, soluções baseadas em microfluidos foram estabelecidas, por exemplo, para a fabricação de NPs à base de ouro, semicondutores e lipídios, bem como sistemas de distribuição de medicamentos de RNA/DNA baseados em NP14,15,16,17,18. Estações de trabalho parcialmente automatizadas, conhecidas na produção farmacêutica, também são aplicadas em sínteses de NP. No entanto, a principal aplicação de tais sistemas é uma triagem de alto rendimento, onde vários parâmetros ou substâncias podem ser variados e testados em um curto espaço de tempo19. Deste modo, as condições de síntese óptimas podem ser determinadas. Além disso, diversas variantes de NP com as propriedades desejadas podem ser fornecidas de acordo com os perfis de requisitos19. Vale ressaltar que esses sistemas não permitem a produção totalmente automatizada de NPs nem suportam um amplo domínio de aplicação.