Opentrons 客户访谈 | 美国西北大学

Michael Rourke 是西北大学的化学博士研究员，他使用 OT-2 和 Opentrons 协议编辑器推进有机化学研究。

Michael Rourke 博士深受自动化的启发，为了提高实验的准确性和精确度，并减轻团队繁琐、大量重复的手动任务负担，他带领美国西北大学的有机化学实验室成功转型实验室自动化。并通过使用用户友好的Opentrons 协议编辑器使用Opentrons OT-2 自动化移液平台和 Opentrons 的开源软件平台来提高实验室安全性。

Opentrons: 请介绍一下您的研究背景。

Michael Rourke: 我是一个合成化学科学家。 我拥有科罗拉多大学的生物化学学位，在那里我研究合成化学，主要研究课题是碳水化合物的修饰。现在我在西北大学作为博士候选人，在 Scheidt 研究小组做合成方法论。当我来到这里时，我主要工作是在 MBRAUN 手套箱中使用96孔板格式的高通量设备处理光氧化还原催化反应。

Opentrons: 听起来您的工作需要大量手动移液。

Michael Rourke: 确实如此。比如你有两个底物，A和B，并将它们结合成AB——有几个你想要改变的变量（例如，你可能想要做六种光催化剂、四种溶剂、四种碱等）。这些变量很快就会累积起来。而且反应越复杂，或者你考虑的变量越多，对应的孔板上的槽位就越小。当你的焦点变小的时候，会导致不容易确定操作的精确位置和何时开始停止操作。

Opentrons: 那么在您拥有 OT-2 之前，您是如何管理这种复杂性的呢？

Michael Rourke: 我们使用手动移液器进行操作，并用卡片记录每个孔的进度。坦白说，手动操作很容易出错。而且在手套箱里拿着移液管连续操作几个小时也很不舒服。我和我的导师进行了评估，告诉他高通量技术是有效的，但我们的准确性和精确度还有改进的空间。

Opentrons: 当时是您第一次考虑使用自动化的时候吗？

Michael Rourke: 是的。我的老板对此很看好，我的顾问建议我货比三家，看看有什么可用的。 但当你带回 25 万美元的报价时，你在学术资助的中心就走不了多远了！ 然而，我们最担心的是移液器的耐用性。 我们使用的是 Opentrons 电子移液器，它由碳酸酯基聚合物制成。它们在有机溶剂中降解的可能性是我们工作流程中可预见的最大挑战或困难。我们看到一篇关于密歇根州教授的文章，他的手套箱里配有一个 OT-2 自动化移液平台，我们发现 OT-2 所需的移液器的价格与我们已经使用的移液器相似。于是在 2021 年 1 月，我们下定决心订购了一台 OT-2，并将其放入惰性气体手套箱中。

Opentrons: 您在设置 OT-2 时的体验如何？

Michael Rourke: 我已经测量过它的尺寸，以确定它是否能够放得下，它确实可以！由于我不知道 WiFi 在封闭空间里效果如何，我将 USB 接口穿过手套箱的密封盖板。但后来发现其实没必要这么做，因为我把OT-2 放进去并密封起来，WiFi 依然运行得相当好。

Opentrons: OT-2 在您的实验室表现如何？

Michael Rourke: 它表现良好。我第一次使用它时，因为吸头顶部没有保留必要的空气间隙，所以稍微磨损了一个移液器。但我使用有机溶剂的容量大约是三分之二，所以移液管中是 150-200 微升。我把我们自己的孔板——用于光致还原催化的 Paradox 96 孔反应板——放到移液平台上，并使用 Opentrons Labware Library 将它们纳入协议。我在移液平台旁边放了一个鼓风机来吹倒孔板。我用了一些储液槽，我尽量增加垂直列的数量特别是反应溶剂的垂直列，以便我可以改用储液槽来做这个实验。我在 2-dram 闪烁小瓶中制备过很多试剂。我们都是专业的有机化学家，但缺少 Python 编程经验，所以我们都在使用协议编辑器界面来制作我们的协议。

Opentrons: OT-2 移液器在您的实验工作中表现如何？

Michael Rourke: 我们在液体吸取和注入方面没有任何问题。我现在做的很多化学反应都是用有机溶剂，如乙腈、四氢呋喃、二甲基甲酰胺（DMF）——以及二氯甲烷，这些溶剂都是非常易挥发的。我们将其与液相色谱-质谱联用（LCMS）以及气相色谱-质谱联用（GCMS）相结合，这样我可以在反应之前放入一个标准品，或者我可以把它拿回去，让移液平台从闪烁小瓶中取出，并往每个小孔中加入已知量。

Opentrons: 自动化移液对您来说最显著的好处是什么？

Michael Rourke: 我认为一致性很重要。每个手动处理孔板的人都有过这样的疑惑：“我刚刚不是往那个板里面加了东西吗？”现在，一切流程都可完美复制。这是自动化移液最大的优势。

Opentrons: 您认为 OT-2 还有哪些需要改进的地方？

Michael Rourke: 我们向老板建议自动化移液的目的是提高通量，同时也是为了提高准确性和精确性。没有什么比花一天时间做一个反应然后发现漏掉一些东西更糟糕的了。Opentrons Protocol Designer 可以通过颜色编码条目，但在学术实验室中彩色打印机墨盒并不常见。所以为了确保准确性，我们只能打印出起始甲板条件的截图，并使用 ChemDraw 在上面写上编码。如果能在 Protocol Designer 中添加一个数字或字母代码作为备注来追踪容器中的溶剂或试剂，那就太好了——这是一点小建议。

Opentrons: 自动化工作流程与您以前手工操作的方式有什么不同？

Michael Rourke: 我们实验室的工作流程通常是定制的，每个人都会根据自己的需要设计实验。你必须在实验如何布局上发挥创造力。我从未在没有使用微通道的情况下设置过实验，但我的同事中有些人仍然只使用单通道移液管；虽然单通道移液管比手动移液更准确和精确，但它们与手工操作的流程和速度相似。我用单通道和微通道操作在两个半小时内完成了 300 个反应。

Opentrons: 让自动化移液平台在手套箱中处理所有的移液工作是如何提高您的通量的？

Michael Rourke: 自动化移液平台确实提高了我们的通量。我们以前一天能做 96 个样本。现在，我一天可以做 300 个。关于我们在手套箱里做的工作，有些工作是固定要做的，但是对于有些需要大规模地、一次性准备所有的东西的工作，你可以花一天的时间把它们都设置好，然后第二天再来运行。我以前每天只能处理一个孔板，但现在我可以同时处理多达四个，如果有足够的试剂和其他物资，我们甚至可能在一天内处理完八个孔板，或者让移液平台整夜运行。这大大提高了我们的工作效率。而且，现在我可以在初始阶段进行筛选，然后留出时间来分析所有的数据点，而不是像以前那样需要连续五天站在手套箱前，并在一两周后进行分析。

Opentrons: 您还有其他想和大家分享的吗？

Michael Rourke: 我成为化学家是为了分析数据并提出新想法，并与同事和年轻学生分享观点。当我在手套箱里工作时，很难进行语言交流和思考。你只能默默地数着数字，因为说话会让你失去计数。这只会阻碍科研工作的创造力和幸福感。现在，填充试剂瓶这类工作已经不再需要我们亲自去做了。自从我们有了自动化移液平台以来，没有人需要亲自动手处理一个孔板。我很高兴今年夏天我们实验室的本科生将接受培训并开始使用 OT-2。我认为随着时间的推移，实验室里的很多项目都可以自动化。例如，我们在西北大学非常注重安全：有机溶剂是易燃的，使用它们是有风险的。将反应设置过渡到一个像手套箱这样受控制环境中的自动化系统具有明显优势。此外，我们的实验室设备可以让移液平台以 20 毫升和 40 毫升瓶的形式进行制备规模化的反应。作为有机化学家，我们非常重视确保安全，我相信在不久的将来，实验室自动化将对工业和学术实验室的风险缓解做出重大贡献。