Sebastian Eggert 是如何透過使用 Opentrons 獲得實驗室自動化博士學位的

昆士蘭科技大學的 Sebastian Eggert 使用其組織工程實驗室的 Opentrons OT-1 機器人獲得了實驗室自動化博士學位。

沒想到簡單的設備訂購，竟包含著能斬獲博士學位的寶藏靈感！這正是澳洲昆士蘭科技大學（QUT）的Sebastian Eggert 的親身經歷，他為學校的組織工程實驗室訂購了一台Opentrons OT-1機器人。正是這台 Opentrons OT-1 自動化移液平台讓他獲得了實驗室自動化博士學位。本期為大家分享他的 Opentrons 使用經驗。

“作為一名工程師，你常常會思考很多事物是可以自動化的”

在德國南部出生長大的 Sebastian 在慕尼黑工業大學獲得了機械工程碩士學位，同時也在基於生物學和化學的實驗室工作。 2017年4月，他搬到澳大利亞，在昆士蘭大學生物醫學工程中心開始攻讀博士學位。

我們正在創造黏稠的凝膠生物材料來模擬人體細胞，同時也設計和建構生理相關的新型微環境。這些3D模型，例如乳腺癌和前列腺癌模型，被用於藥物篩選以評估化學、物理或生物因素的影響，以確定服用新藥物可能對人類的影響。

然而，不用說對數百種藥物進行篩選，即使只對一種藥物進行篩選，都可能涉及數百萬個乏味、耗時且令人頭腦麻木的移液步驟。

操作這些簡單重複的移液工作根本就不需要有博士學位或花費 10 年時間接受專業教育，我告訴自己，那不是我想做的，我不會浪費整天時間進行移液。身為工程師，您常常會思考事物是可以自動化的。

這就是他當時所做的。 2017 年 12 月，他得到了教授的許可，為實驗室購入了一台 OT-1 移液工作站，用於這些常規工作的自動化執行。

我們可以根據應用需求客製協議。當時我幾乎可以說是沒有任何預期和經驗。博士生通常不會訂購大型實驗室設備！但因為我有工程背景，所以對自動化技術相對容易理解，並開始嘗試程式設計。

可適應的編碼是 Sebastian 選擇較舊的 OT-1 移液平台，而不是剛發布的 OT-2。

我們想要設備可自訂話，OT-1 更適合 DIY。使用其他機器人，我們必須堅持使用它們的軟體和 API，無法存取它們的協議參數。但是，Opentrons 為我們提供了免費、開源的軟體，因此我們可以根據應用需求自訂協議。 Opentrons 網站上的教學和影片非常直觀。為了適應我們的應用，我產生了自己的 API 並更改了內容。當我看到通常手動使用的移液器突然開始自動分配和吸取，這個瞬間讓我感到振奮不已。

處理棘手的情況

然而，用 Opentrons 機器人處理黏稠的、像蜂蜜一樣的水凝膠與其他常規液體的處理方法是不同的。

使用傳統的空氣墊移液器時，黏性液體會緩慢地移動到吸頭，並產生氣泡。此外，吸頭往往會殘留一些材料。您可以購買手持式正位移移液器，該移液器使用固體活塞可靠地將黏性液體推出吸頭，但這類設備價格昂貴。我定制並3D列印了特殊的移液器支架，並優化了OT-1以整合正位移移液器，從而實現黏性液體的自動化移液，同時確保了移液效率和可重複性。

光是這項創新就已經是一項顯著的成就，但對 Sebastian 來說，這只是他創造力和博士課題的開始。

在我開始博士研究時，我構思了一個模組化的開源工作站的概念，其中移液是吸取和分配的基本模組。我們根據我的概念購買了 OT-1。從我拿到 OT-1 開始，Opentrons 的開源願景就激發了我的博士研究的靈感。我對可選擇客製化硬體和軟體變更感到著迷。

在Sebastian 整合了正位移移液器並更加熟悉程式方法後，他與前Opentrons高級軟體工程師Toma Morris 聯繫， Toma 為Sebastian 提供了軟體導航的相關指導，以補充他的硬體專業知識。

「我很高興能夠幫助塞巴斯蒂安激發他的博士研究靈感，這樣他和他所做的工作就可以幫助更多人。」——Toma Morris

非常感謝 Opentrons，讓我在開發客製化解決方案的時候能夠存取所有參數和步驟。此外，由於 Opentrons 的開源特性，讓我可以整合其他客製化模組以同步運作。 2018 年中旬，我準備整合一個額外的硬體模組以建立更複雜的工作站。透過概念構思、分析和方案設計，我最終提出了一個簡單的、更容易被其他實驗室採納的研究概念。這花了一些時間，但最終，我找到了將這個概念納入我的博士研究的方法。多虧了 OT-1，我的博士研究已經演變為專注於 3D 細胞培養工作流程的自動化解決方案的設計和開發。

行使集會權利－自動化

Sebastian 的概念展示了一種流水線式的做法，以用戶友好的方式執行實驗室所需的基本步驟，以便於其他實驗室採用。

他使用鋁製框架和丙烯酸板，自己負責電氣工程、焊接和組裝，獨立製作一個外殼。然後，他設計並開發了可互相替換的硬體模組，包括一個儲存模組，用於存放待處理的孔板，以增加吞吐量；一個交聯劑模組，用於啟動水凝膠的光聚合；以及一個運輸模組，用於透過系統移動和定位孔板。

與獨立的自動化移液平台不同，所有組件完全組裝到外殼中，並配合OT-1，基座可以自動將樣本輸送到各個模組中。 （按此處查看正在運行的系統。）

在一個系統中，各個模組的組合可以實現一組特定的功能。

現在他正在回饋社會。

Opentrons的願景也激勵了我們，我們願意遵循同樣的開源理念。關於如何使用正位移移液器與OT-1配合使用的所有文件，包括修訂的軟體腳本用於「獲取吸頭」功能的10行代碼，以及用於3D列印或雷射切割移液器支架的圖案，現在都可以透過GitHub免費存取。

Opentrons一直樂於助人，他們非常支持我的工作。

如今，Sebastian 正在進行他的博士研究的最後一次實驗。他的研究結果的摘要已經發表在《HardwareX》上，這是一份同行評審的開源獲取科學期刊，專門致力於科學儀器的開放源代碼設計和構建，這也將成為他今年晚些時候提交的博士論文的一章。

第二個原型的硬體開發也已經完成，運作狀況良好。在會議上，看到其他科學家對這個計畫的熱情以及其他博士生在自己的研究中採用該系統的熱情，這真的令人感到興奮。 Opentrons一直樂於助人，並支持我的工作。在訪問紐約期間，我有機會向Toma, Will Canine（共同創辦人和首席產品長）和 Alfie Umbhau （產品總監）展示我的概念。他們都很熱情，並提供了額外的支持和見解。尤其感謝Toma，他幫助我整合並開發了自己的API。沒有他的幫助，這個計畫就不會達到現在的階段。我非常感激！