Робот отбора проб колоний бактериальных клонов
- Заказчик:
- Biocad
- Руководитель проекта со стороны заказчика
-
- Год завершения проекта
- 2025
- Сроки выполнения проекта
- сентябрь, 2024 — сентябрь, 2025
- Масштаб проекта
- 3 автоматизированных рабочих места
- Цели
Цель проекта — реализовать автоматизированный процесс визуализации, распознавания, отбора и переноса бактериальных колоний между различными типами емкостей (чашка Петри ↔ 96‑луночный планшет) с полной цифровой прослеживаемостью каждой пробы и сократить время полного цикла до ≤ 35 мин.
В результате применения робота отбора проб колоний ручные операции были заменены роботизированными, что позволило повысить пропускную способность отбора, сократить количество ошибок при распознавании и переносе колоний, а также высвободить сотрудников и обеспечить полную прослеживаемость процесса.
Реализация проекта позволила полностью автоматизировать процесс визуализации, распознавания, отбора и переноса бактериальных колоний между различными типами емкостей с обеспечением полной цифровой прослеживаемости каждой пробы в соответствии с требованиями GMP, сократив время полного цикла от 45 мин. до 1 ч. при непрерывной работе сотрудника до 35 мин., а также снизив количество ошибок с 6% до 0,8%.
Число операторов снизилось до 1 сотрудника вместо 3 до внедрения, а производительность выросла на 73% до 260 проб в месяц.
Уникальность проекта
Проект является высокотехнологичным, экономически выгодным и масштабируемым решением, которое ускорит разработку генотерапевтических препаратов и задаст новый стандарт автоматизации микробиологических процессов.
Разработанное внутренними силами компании импортозамещающее оборудование включает уникальные технические решения, созданные с нуля. Зарубежные аналоги имеют существенные ограничения в конфигурации по сравнению с нашим роботом: работают только с твердыми агаровыми чашками или только с переносом из твердой среды в жидкую, без возможности автоматического переключения. Лазерная стерилизация иглы отсутствует, а изоляция не защищает оператора и продукт, что недостаточно для GMP-требований. Стоят аналоги в 10 раз дороже.
Реализация проекта полностью автоматизировала процесс визуализации, распознавания, отбора и переноса бактериальных колоний между емкостями, обеспечив полную цифровую прослеживаемость каждой пробы в соответствии с требованиями GMP, сократив время полного цикла до 35 мин.
- Использованное ПО
При разработке использовалось следующее программное обеспечение:
- Python / C++
- Angular
- Apache
- OpenCV
- FastAPI / Flask
- Docker
- ROS / ROS 2
- Modbus
- WebSocket
- LXC / LXD
- MariaDB
- MinIO
На этапе программирования проводилось обучение нейросети (CNN + Mask RCNN) на 10 000 размеченных изображениях (различные размеры и нетипичная морфология бактериальных колоний).
- Сложность реализации
Из-за отсутствия готовых технических решений пришлось разрабатывать уникальные элементы системы, моделировать их при помощи аддитивных технологий и симуляторов.
Малое рабочее пространство для робота привело к необходимости размещения вспомогательных систем внутри робота без увеличения его габаритов.
- Описание проекта
В подразделении ранней разработки генотерапевтических препаратов ежедневно проводился анализ бактериальных клонов. Текущий процесс переноса колоний между емкостями (чашка Петри ↔ 96‑луночный планшет) был полностью ручным, что приводило к следующим проблемам:
- длительное время цикла — от 45 мин. до 1 ч. при непрерывной работе сотрудника;
- высокая частота ошибок — около 6% образцов требуют повторного анализа;
- риск загрязнения и травмирования колоний;
- отсутствие автоматической записи координат перемещений иглы.
Таким образом, возникла необходимость разработки собственной, полностью адаптированной системы автоматического отбора и переноса колоний с возможностью гибкой работы с различными типами сред и видами лабораторного пластика, а также строгим соблюдением биобезопасности, что позволило бы подстроиться под рост производства, отвечало требованиям регуляторов и снизило затраты.
Выполнены следующие стадии: проектирование, сборка, пуско-наладочные работы, программирование, ввод в эксплуатацию.
На данный момент робот успешно выполняет свои задачи.
Этап проектирования включал разработку 3D-модели, подготовку чертежей для заказных позиций, 3D-печать деталей со сложной конфигурацией.
Были разработаны уникальные технические решения:
- рабочий стол с вакуумной рампой, держателями для образцов;
- проточная мойка с лазерной стерилизацией;
- воздушный барьер, защищающий персонал и исследуемый продукт от загрязнений;
- подсветка чашки Петри;
- стерилизация рабочей камеры УФ-лампой;
- защитные рукава для кабель-менеджера;
- игла из вольфрама;
- система контроля усилия нажатия иглы на агар.
На этапе программирования проходило обучение нейросети (CNN + Mask RCNN) на 10 000 размеченных изображений (разные размеры, склеенные колонии).
- География проекта
География проекта: проект является внутренней разработкой компании и внедрен в лабораториии для разработки генотерапевтических препаратов в Санкт-Петербурге.
