Michael Rourke 是西北大學(xué)的化學(xué)博士研究員，他使用 OT-2 和 Opentrons 協(xié)議編輯器推進(jìn)有機(jī)化學(xué)研究。

Michael Rourke 博士深受自動(dòng)化的啟發(fā)，為了提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和精確度，并減輕團(tuán)隊(duì)繁瑣、大量重復(fù)的手動(dòng)任務(wù)負(fù)擔(dān)，他帶領(lǐng)美國(guó)西北大學(xué)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室成功轉(zhuǎn)型實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化。并通過(guò)使用用戶友好的Opentrons 協(xié)議編輯器使用Opentrons OT-2 自動(dòng)化移液平臺(tái)和 Opentrons 的開(kāi)源軟件平臺(tái)來(lái)提高實(shí)驗(yàn)室安全性。

Opentrons: 請(qǐng)介紹一下您的研究背景。

Michael Rourke: 我是一個(gè)合成化學(xué)科學(xué)家。 我擁有科羅拉多大學(xué)的生物化學(xué)學(xué)位，在那里我研究合成化學(xué)，主要研究課題是碳水化合物的修飾。現(xiàn)在我在西北大學(xué)作為博士候選人，在 Scheidt 研究小組做合成方法論。當(dāng)我來(lái)到這里時(shí)，我主要工作是在 MBRAUN 手套箱中使用96孔板格式的高通量設(shè)備處理光氧化還原催化反應(yīng)。

Opentrons: 聽(tīng)起來(lái)您的工作需要大量手動(dòng)移液。

Michael Rourke:?確實(shí)如此。比如你有兩個(gè)底物，A和B，并將它們結(jié)合成AB——有幾個(gè)你想要改變的變量（例如，你可能想要做六種光催化劑、四種溶劑、四種堿等）。這些變量很快就會(huì)累積起來(lái)。而且反應(yīng)越復(fù)雜，或者你考慮的變量越多，對(duì)應(yīng)的孔板上的槽位就越小。當(dāng)你的焦點(diǎn)變小的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致不容易確定操作的精確位置和何時(shí)開(kāi)始停止操作。

Opentrons: 那么在您擁有 OT-2 之前，您是如何管理這種復(fù)雜性的呢？

Michael Rourke:?我們使用手動(dòng)移液器進(jìn)行操作，并用卡片記錄每個(gè)孔的進(jìn)度。坦白說(shuō)，手動(dòng)操作很容易出錯(cuò)。而且在手套箱里拿著移液管連續(xù)操作幾個(gè)小時(shí)也很不舒服。我和我的導(dǎo)師進(jìn)行了評(píng)估，告訴他高通量技術(shù)是有效的，但我們的準(zhǔn)確性和精確度還有改進(jìn)的空間。

Opentrons: 當(dāng)時(shí)是您第一次考慮使用自動(dòng)化的時(shí)候嗎？

Michael Rourke:?是的。我的老板對(duì)此很看好，我的顧問(wèn)建議我貨比三家，看看有什么可用的。 但當(dāng)你帶回 25 萬(wàn)美元的報(bào)價(jià)時(shí)，你在學(xué)術(shù)資助的中心就走不了多遠(yuǎn)了！ 然而，我們最擔(dān)心的是移液器的耐用性。 我們使用的是 Opentrons 電子移液器，它由碳酸酯基聚合物制成。它們?cè)谟袡C(jī)溶劑中降解的可能性是我們工作流程中可預(yù)見(jiàn)的最大挑戰(zhàn)或困難。我們看到一篇關(guān)于密歇根州教授的文章，他的手套箱里配有一個(gè) OT-2 自動(dòng)化移液平臺(tái)，我們發(fā)現(xiàn) OT-2 所需的移液器的價(jià)格與我們已經(jīng)使用的移液器相似。于是在 2021 年 1 月，我們下定決心訂購(gòu)了一臺(tái) OT-2，并將其放入惰性氣體手套箱中。

Opentrons: 您在設(shè)置 OT-2 時(shí)的體驗(yàn)如何？

Michael Rourke:?我已經(jīng)測(cè)量過(guò)它的尺寸，以確定它是否能夠放得下，它確實(shí)可以！由于我不知道 WiFi 在封閉空間里效果如何，我將 USB 接口穿過(guò)手套箱的密封蓋板。但后來(lái)發(fā)現(xiàn)其實(shí)沒(méi)必要這么做，因?yàn)槲野袿T-2 放進(jìn)去并密封起來(lái)，WiFi 依然運(yùn)行得相當(dāng)好。

Opentrons: OT-2 在您的實(shí)驗(yàn)室表現(xiàn)如何？

Michael Rourke:?它表現(xiàn)良好。我第一次使用它時(shí)，因?yàn)槲^頂部沒(méi)有保留必要的空氣間隙，所以稍微磨損了一個(gè)移液器。但我使用有機(jī)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——用于光致還原催化的 Paradox 96 孔反應(yīng)板——放到移液平臺(tái)上，并使用 Opentrons Labware Library 將它們納入?yún)f(xié)議。我在移液平臺(tái)旁邊放了一個(gè)鼓風(fēng)機(jī)來(lái)吹倒孔板。我用了一些儲(chǔ)液槽，我盡量增加垂直列的數(shù)量特別是反應(yīng)溶劑的垂直列，以便我可以改用儲(chǔ)液槽來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。我在 2-dram 閃爍小瓶中制備過(guò)很多試劑。我們都是專業(yè)的有機(jī)化學(xué)家，但缺少 Python 編程經(jīng)驗(yàn)，所以我們都在使用協(xié)議編輯器界面來(lái)制作我們的協(xié)議。

Opentrons: OT-2 移液器在您的實(shí)驗(yàn)工作中表現(xiàn)如何？

Michael Rourke:?我們?cè)谝后w吸取和注入方面沒(méi)有任何問(wèn)題。我現(xiàn)在做的很多化學(xué)反應(yīng)都是用有機(jī)溶劑，如乙腈、四氫呋喃、二甲基甲酰胺（DMF）——以及二氯甲烷，這些溶劑都是非常易揮發(fā)的。我們將其與液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LCMS）以及氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GCMS）相結(jié)合，這樣我可以在反應(yīng)之前放入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)品，或者我可以把它拿回去，讓移液平臺(tái)從閃爍小瓶中取出，并往每個(gè)小孔中加入已知量。

Opentrons: 自動(dòng)化移液對(duì)您來(lái)說(shuō)最顯著的好處是什么？

Michael Rourke:?我認(rèn)為一致性很重要。每個(gè)手動(dòng)處理孔板的人都有過(guò)這樣的疑惑：“我剛剛不是往那個(gè)板里面加了東西嗎？”現(xiàn)在，一切流程都可完美復(fù)制。這是自動(dòng)化移液最大的優(yōu)勢(shì)。

Opentrons: 您認(rèn)為 OT-2 還有哪些需要改進(jìn)的地方？

Michael Rourke:?我們向老板建議自動(dòng)化移液的目的是提高通量，同時(shí)也是為了提高準(zhǔn)確性和精確性。沒(méi)有什么比花一天時(shí)間做一個(gè)反應(yīng)然后發(fā)現(xiàn)漏掉一些東西更糟糕的了。Opentrons Protocol Designer 可以通過(guò)顏色編碼條目，但在學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室中彩色打印機(jī)墨盒并不常見(jiàn)。所以為了確保準(zhǔn)確性，我們只能打印出起始甲板條件的截圖，并使用 ChemDraw 在上面寫(xiě)上編碼。如果能在 Protocol Designer 中添加一個(gè)數(shù)字或字母代碼作為備注來(lái)追蹤容器中的溶劑或試劑，那就太好了——這是一點(diǎn)小建議。

Opentrons: 自動(dòng)化工作流程與您以前手工操作的方式有什么不同？

Michael Rourke:?我們實(shí)驗(yàn)室的工作流程通常是定制的，每個(gè)人都會(huì)根據(jù)自己的需要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。你必須在實(shí)驗(yàn)如何布局上發(fā)揮創(chuàng)造力。我從未在沒(méi)有使用微通道的情況下設(shè)置過(guò)實(shí)驗(yàn)，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(dòng)移液更準(zhǔn)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(gè)半小時(shí)內(nèi)完成了 300 個(gè)反應(yīng)。

Opentrons: 讓自動(dòng)化移液平臺(tái)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(dòng)化移液平臺(tái)確實(shí)提高了我們的通量。我們以前一天能做 96 個(gè)樣本。現(xiàn)在，我一天可以做 300 個(gè)。關(guān)于我們?cè)谑痔紫淅镒龅墓ぷ?，有些工作是固定要做的，但是?duì)于有些需要大規(guī)模地、一次性準(zhǔn)備所有的東西的工作，你可以花一天的時(shí)間把它們都設(shè)置好，然后第二天再來(lái)運(yùn)行。我以前每天只能處理一個(gè)孔板，但現(xiàn)在我可以同時(shí)處理多達(dá)四個(gè)，如果有足夠的試劑和其他物資，我們甚至可能在一天內(nèi)處理完八個(gè)孔板，或者讓移液平臺(tái)整夜運(yùn)行。這大大提高了我們的工作效率。而且，現(xiàn)在我可以在初始階段進(jìn)行篩選，然后留出時(shí)間來(lái)分析所有的數(shù)據(jù)點(diǎn)，而不是像以前那樣需要連續(xù)五天站在手套箱前，并在一兩周后進(jìn)行分析。

Opentrons: 您還有其他想和大家分享的嗎？

Michael Rourke:?我成為化學(xué)家是為了分析數(shù)據(jù)并提出新想法，并與同事和年輕學(xué)生分享觀點(diǎn)。當(dāng)我在手套箱里工作時(shí)，很難進(jìn)行語(yǔ)言交流和思考。你只能默默地?cái)?shù)著數(shù)字，因?yàn)檎f(shuō)話會(huì)讓你失去計(jì)數(shù)。這只會(huì)阻礙科研工作的創(chuàng)造力和幸福感?，F(xiàn)在，填充試劑瓶這類工作已經(jīng)不再需要我們親自去做了。自從我們有了自動(dòng)化移液平臺(tái)以來(lái)，沒(méi)有人需要親自動(dòng)手處理一個(gè)孔板。我很高興今年夏天我們實(shí)驗(yàn)室的本科生將接受培訓(xùn)并開(kāi)始使用 OT-2。我認(rèn)為隨著時(shí)間的推移，實(shí)驗(yàn)室里的很多項(xiàng)目都可以自動(dòng)化。例如，我們?cè)谖鞅贝髮W(xué)非常注重安全：有機(jī)溶劑是易燃的，使用它們是有風(fēng)險(xiǎn)的。將反應(yīng)設(shè)置過(guò)渡到一個(gè)像手套箱這樣受控制環(huán)境中的自動(dòng)化系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢(shì)。此外，我們的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備可以讓移液平臺(tái)以 20 毫升和 40 毫升瓶的形式進(jìn)行制備規(guī)?；姆磻?yīng)。作為有機(jī)化學(xué)家，我們非常重視確保安全，我相信在不久的將來(lái)，實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化將對(duì)工業(yè)和學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)險(xiǎn)緩解做出重大貢獻(xiàn)。