Opentrons與倫敦大學的使用者訪談

本期我們採訪了我們的來自倫敦大學的三位資深用戶，他們在適應性和響應性奈米材料小組(AdReNa Group)項目中使用到了Opentrons OT-2液體處理機器人和Python協議API的開源平台，透過實驗室自動化來加速材料創新。

Stefan Guldin, 倫敦大學學化學工程系的副教授，領導適應性與反應性奈米材料小組Adaptive & Responsive Nanomaterials Group (AdReNa Group)。 Alaric Taylor=uk" target="_blank" rel="noreferrer noopener">Alaric Taylor ,倫敦帝國學院的物理學家、劍橋大學工程學碩士、倫敦大學電子電機工程學博士；UCL新創公司Vesynta的榮譽研究員和首席技術長。 Yann Mamie, 瑞士EPFL材料科學與工程碩士。

Opentrons: 請介紹一下您的專業背景

Alaric Taylor: 我原本是倫敦帝國學院的物理學家。然後，我進入了工程學領域，並在劍橋大學獲得了碩士學位，隨後在倫敦大學學院獲得了電子和電氣工程博士學位。之後，我加入了AdReNa小組，並與Stefan一起研究在空氣 - 水界面上進行奈米材料自組裝，擔任EPSRC研究員。我受到一位前小組成員（Stuart Ibsen，現在是俄勒岡健康與科學大學教授）的啟發，並將我的重點轉向生物分析設備開發，希望能夠支持癌症患兒。 AdReNa是OT-1（以及後來的OT-2）的早期採用者，我們非常信任Opentrons平台，並使用它來實現我們的實驗室自動化。

Yann Mamie: 我擁有EPFL（瑞士）的材料科學與工程碩士學位，並與UCL的AdReNa小組合作完成了我的最終研究專案。畢業後，我回到倫敦，重新加入了由倫敦大學學院初創企業Vesynta支持的研究和開發項目，在該項目中，我們正在開髮用於治療藥物監測(TDM)的生物樣本處理的實驗室自動化的創新用途。

Stefan Guldin: 我在卡爾斯魯厄工業大學和慕尼黑工業大學學習應用物理，專業重點是軟物質。攻讀博士學位期間，我前往劍橋大學進行有機自組裝奈米結構無機材料的研究。隨後，我加入了瑞士的EPFL從事博士後研究，研究液晶和奈米顆粒在生物感測應用中的相互作用。在倫敦大學學院，我是化學工程系的副教授，領導AdReNa研究小組，教導分子工程和軟奈米技術。我也是倫敦大學學院軟材料網路的共同負責人，我積極參與變革性製藥技術博士培訓中心，我正在開發一個新的先進材料數位製造碩士課程。

Opentrons: 請介紹一下您的研究項目

Stefan Guldin: 我們正在使用分子自組裝來創造能夠與環境相互作用的材料——最突出的應用是用於感測化學物質或生物標記。我們也將研究成果應用於功能性塗料，如自清潔應用，以及具有光學特性的塗料。高通量樣品製備、材料表徵和分析能力的提高推動了我們的工作。

Opentrons: 您如何使用OT-2融入工作流程？

Yann Mamie: 我們正在透過追蹤容器中的液體體積和液體高度來擴展Opentrons OT-2的移液功能。透過使用我們的自訂函數，我們可以追蹤液體的彎月面和確定吸液深度。有了這種一致性和可重複性的數據結果，我們可以推動高階協議的實現。我們也正在使用特定為OT-2設計和製造的實驗室設備。

Stefan Guldin: 自訂移液有助於更迅速地分散化合物或使其更易溶解。水相兩相繫統是一個熱門話題，客製化移液對這些雙相混合物非常有用，您可以在其中一相中吸收並分散在另一相中。我們還檢查了移液的準確性作為位置測量：我們發現 Opentrons OT-2 是準確的，如果您處理常規黏度的溶液，移液器在孔中的位置對準確性就沒那麼重要。

Alaric Taylor: 感恩我們的前輩和同儕的開源開發意願是非常重要的。我希望我們的發展比我們目前的應用程式更長久，並且有可能為地球另一端的人們帶來更多研究動力。

Opentrons: 您是否考慮過使用其他自動化？

Yann Mamie: 我們正在對方案的每個移液器行程進行自動誤差傳播計算，以便在創建優化的移液方案時將錯誤降至最低。如果我們知道移液存在一定的不確定性，我們可以追蹤每個孔中包含的液體容積以及從一個孔轉移到另一個孔的液體容積的不確定性。透過協議內的簡單設置，我們可以直觀地查看所有孔槽的液體容積和濃度。

Opentrons: 請介紹一下您的研究項目

Stefan Guldin: 我們將OT-2與qTLC 結合使用——我們的網路應用程式透過薄層色譜法對化合物進行量化。它已在六大洲的37個國家/地區使用，以非常簡單的方式支持分析化學。用戶遵循分離分子的協議，從他們的智慧型手機拍攝圖像並將其上傳到伺服器，然後我們幫助他們分析和量化他們的化合物。

Alaric Taylor: 在OT-2等使用者友好、程式碼靈活的平台上自動處理液體的能力支持了我們實驗室的許多原理驗證研究。應用範圍從受控和可重複的生物分析樣品製備到篩選反應的化學成分。基於這些能力，學院系、整個大學和其他研究機構經常要求我們與他們合作。

Opentrons: 您還會用OT-2做什麼？

Stefan Guldin: 我們正在領導一個名為ChromaDose的NIHR資助項目，計畫目標是建立一種評估液體中化療藥物濃度的新方法。目前的腫瘤學給藥是基於體表面積，但這與個人新陳代謝無關。這意味著患者體內的額外濃度變化很大，尤其是兒童。這是一個巨大的問題，因為它會導致嚴重的副作用和較低的功效。我們正在嘗試使用Opentrons在相對較短的時間內自動分析血液樣本，然後進行量化。這有助於醫生評估患者化療藥物的濃度，從而獲得更準確的劑量。 Opentrons平台對我們實現程式自動化很重要，它為我們提供了很好的原型設計服務。

Yann Mamie: 我們還創建了一個調試器來模擬Opentrons協議並創建易於閱讀的日誌。此外，它還提供了有關實驗室器具要求及其各自定位和內容的指導。使用者只需輸入相應移液協議的文件和任何自訂實驗室器具定義的資料夾。下面是使用這個調試器獲得的兩個列印輸出範例:

Opentrons: 讓您的OT-2啟動運作是什麼感覺？

Yann Mamie: 當我在2020年9月來到這裡時，OT-2 已經在這裡了。我開始使用它並使用Opentrons Python API弄清楚協定的編碼。我一直在開發自訂功能，例如彎月面追蹤、視訊、混合或傳輸功能類型，也為我們自己的容器設計了一些自訂實驗室器具。

Opentrons: 您在使用OT-2時遇到的挑戰是什麼？

Alaric Taylor: OT-1是我們的第一個移液機器人，我們喜歡它！但當OT-2出現時，我們意識到所有的工程都在改善使用者體驗，從機械零件到軟體都有所升級。更新Opentrons Python API對我們來說是一個挑戰，因為我們要識別和調試先前的協定中存在的錯誤。我們知道這是因為我們正在使用一個積極開發的工具，我們很感激這些API更新帶來的增強OT-2的一般功能。

Opentrons: 您所屬大學的學生會使用OT-2嗎？

Stefan Guldin: 在我們新的先進材料數位製造碩士課程中，我們希望向新一代工程師傳授一種整體方法，將材料製造與高通量表徵和數據分析相結合。我們將在我們的實驗室中置辦八台Opentrons機器人，學生們將以完全整合的方式解決問題。他們將致力於設計和規劃實驗內容；使用 Opentrons 機器人產生大量樣本；透過高通量表徵收集資料；應用包括機器學習在內的統計方法來分析資料；並以循環迭代的方式來繪製實驗領域。

Opentrons: 能分享一下對開源共享的看法嗎

Stefan Guldin: 我們認為我們可以透過分享我們的工具對這個領域產生最大的正面影響。我們正在嘗試創建對我們有用的東西，然後與社區進行交流和檢查。我們堅定地致力於把我們集團的硬體和軟體開發開源化。這就是我們在 GitHub平台上分享我們所有工作的原因。最終，使用、採納和分享經驗可以幫助我們所有人進步——而且由於Opentrons相信這一點並提供工具來幫助實現這一點，我們真的很喜歡它。