Opentrons 客戶訪談 | 美國西北大學

Michael Rourke 是西北大學的化學博士研究員，他使用 OT-2 和 Opentrons 協議編輯器來推進有機化學研究。

Michael Rourke 博士深受自動化的啟發，為了提高實驗的準確性和精確度，並減輕團隊繁瑣、大量重複的手動任務負擔，他帶領美國西北大學的有機化學實驗室成功轉型實驗室自動化。並透過使用用戶友好的Opentrons協議編輯器使用Opentrons OT-2 自動化移液平台和Opentrons 的開源軟體平台來提高實驗室安全性。

Opentrons: 請介紹一下您的研究背景。

Michael Rourke: 我是一個合成化學科學家。 我擁有科羅拉多大學的生物化學學位，在那裡我研究合成化學，主要研究主題是碳水化合物的修飾。現在我在西北大學擔任博士候選人，在 Scheidt 研究小組做合成方法論。當我來到這裡時，我主要工作是在 MBRAUN 手套箱中使用96孔板格式的高通量設備處理光氧化還原催化反應。

Opentrons: 聽起來您的工作需要大量手動移液。

Michael Rourke: 確實如此。例如你有兩個底物，A和B，並將它們結合成AB——有幾個你想要改變的變數（例如，你可能想要做六種光催化劑、四種溶劑、四種鹼等）。這些變數很快就會累積起來。而且反應越複雜，或是你考慮的變數越多，對應的孔板上的插槽就越小。當你的焦點變小的時候，會導致不容易確定操作的精確位置和何時開始停止操作。

Opentrons: 那麼在您擁有 OT-2 之前，您是如何管理這種複雜性的呢？

Michael Rourke: 我們使用手動移液器進行操作，並用卡片記錄每個孔的進度。坦白說，手動操作很容易出錯。而且在手套箱裡拿著移液管連續操作幾個小時也很不舒服。我和我的導師進行了評估，告訴他高通量技術是有效的，但我們的準確性和精確度還有改進的空間。

Opentrons: 當時是您第一次考慮使用自動化的時候嗎？

Michael Rourke: 是的。我的老闆對此很看好，我的顧問建議我貨比三家，看看有什麼可用的。 但當你帶回 25 萬美元的報價時，你在學術資助的中心就走不了多遠了！ 然而，我們最擔心的是移液管的耐用性。 我們使用的是 Opentrons 電子移液器，它是由碳酸酯基聚合物製成。它們在有機溶劑中降解的可能性是我們工作流程中可預見的最大挑戰或困難。我們看到一篇關於密西根州教授的文章，他的手套箱裡配有一個OT-2 自動化移液平台，我們發現OT-2 所需的移液器的價格與我們已經使用的移液器相似。於是在 2021 年 1 月，我們下定決心訂購了一台 OT-2，並將其放入惰性氣體手套箱中。

Opentrons: 您在設定 OT-2 時的體驗如何？

Michael Rourke: 我已經測量過它的尺寸，以確定它是否能夠放得下，它確實可以！由於我不知道 WiFi 在封閉空間裡效果如何，我將 USB 連接埠穿過手套箱的密封蓋板。但後來發現其實沒必要這麼做，因為我把OT-2 放進去並密封起來，WiFi 仍然運作得相當好。

Opentrons: OT-2 在您的實驗室表現如何？

Michael Rourke: 它表現得很好。我第一次使用它時，因為吸頭頂部沒有保留必要的空氣間隙，所以稍微磨損了一個移液器。但我使用有機溶劑的容量大約是三分之二，所以移液管中是 150-200 微升。我把我們自己的孔板——用於光致還原催化的 Paradox 96 孔反應板——放到移液平台上，並使用 Opentrons Labware Library 將它們納入協議。我在移液平台旁放了一個鼓風機來吹倒孔板。我用了一些儲液槽，我盡量增加垂直列的數量特別是反應溶劑的垂直列，以便我可以改用儲液槽來做這個實驗。我在 2-dram 閃爍小瓶中製備過很多試劑。我們都是專業的有機化學家，但缺少Python 程式設計經驗，所以我們都在使用協議編輯器介面來製作我們的協議。

Opentrons: OT-2 移液管在您的實驗工作中表現如何？

Michael Rourke: 我們在液體吸取和注入方面沒有任何問題。我現在做的化學反應很多都是用有機溶劑，如乙腈、四氫呋喃、二甲基甲醯胺（DMF）——以及二氯甲烷，這些溶劑都是非常揮發的。我們將其與液相層析質譜聯用（LCMS）以及氣相層析質譜聯用（GCMS）結合，這樣我可以在反應之前放入一個標準品，或者我可以把它拿回去，讓移液平台從閃爍小瓶中取出，並在每個小孔中加入已知量。

Opentrons: 自動化移液對您來說最顯著的好處是什麼？

Michael Rourke: 我認為一致性很重要。每個手動處理孔板的人都有過這樣的疑惑：「我剛剛不是往那個板裡面加了東西嗎？」現在，一切流程都可完美複製。這是自動化移液最大的優點。

Opentrons: 您認為 OT-2 還有哪些需要改進的地方？

Michael Rourke: 我們向老闆建議自動化移液的目的是提高通量，同時也是為了提高準確性和精確度。沒有什麼比花一天時間做一個反應然後發現漏掉一些東西更糟糕的了。 Opentrons Protocol Designer 可以透過顏色編碼條目，但在學術實驗室中彩色印表機墨水匣並不常見。所以為了確保準確性，我們只能列印出起始甲板條件的截圖，並使用 ChemDraw 在上面寫上編碼。如果能在 Protocol Designer 中添加一個數字或字母代碼作為備註來追蹤容器中的溶劑或試劑，那就太好了——這是一點小建議。

Opentrons: 自動化工作流程與您先前手動操作的方式有什麼不同？

Michael Rourke: 我們實驗室的工作流程通常是客製化的，每個人都會依照自己的需求設計實驗。你必須在實驗如何佈局上發揮創意。我從未在沒有使用微通道的情況下設置過實驗，但我的同事中有些人仍然只使用單通道移液管；雖然單通道移液管比手動移液更準確和精確，但它們與手工操作的流程和速度相似。我用單通道和微通道操作在兩個半小時內完成了 300 個反應。

Opentrons: 讓自動化移液平台在手套箱中處理所有的移液工作是如何提高您的通量的？

Michael Rourke: 自動化移液平台確實提高了我們的通量。我們以前一天能做 96 個樣本。現在，我一天可以做 300 個。關於我們在手套箱裡做的工作，有些工作是固定要做的，但是對於有些需要大規模地、一次性準備所有的東西的工作，你可以花一天的時間把它們都設置好，然後第二天再來運行。我以前每天只能處理一個孔板，但現在我可以同時處理多達四個，如果有足夠的試劑和其他物資，我們甚至可能在一天內處理完八個孔板，或者讓移液平台整夜運行。這大大提高了我們的工作效率。而且，現在我可以在初始階段進行篩選，然後留出時間來分析所有的數據點，而不是像以前那樣需要連續五天站在手套箱前，並在一兩週後進行分析。

Opentrons: 您還有其他想跟大家分享的嗎？

Michael Rourke: 我成為化學家是為了分析數據並提出新想法，並與同事和年輕學生分享觀點。當我在手套箱工作時，很難進行語言交流和思考。你只能默默地數著數字，因為說話會讓你失去數數。這只會阻礙科學研究工作的創造力和幸福感。現在，填充試劑瓶這類工作已經不再需要我們親自去做了。自從我們有了自動化移液平台以來，沒有人需要親自動手處理一個孔板。我很高興今年夏天我們實驗室的本科生將接受培訓並開始使用 OT-2。我認為隨著時間的推移，實驗室裡的許多項目都可以自動化。例如，我們在西北大學非常注重安全：有機溶劑是易燃的，使用它們是有風險的。將反應設定過渡到像手套箱這樣受控制環境中的自動化系統具有明顯優勢。此外，我們的實驗室設備可以讓移液平台以 20 毫升和 40 毫升瓶的形式進行製備規模化的反應。作為有機化學家，我們非常重視確保安全，我相信在不久的將來，實驗室自動化將對工業和學術實驗室的風險緩解做出重大貢獻。