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)的手動任務(wù)負(fù)擔(dān)，他帶領(lǐng)美國西北大學(xué)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室成功轉(zhuǎn)型實(shí)驗(yàn)室自動化。并通過使用用戶友好的Opentrons 協(xié)議編輯器使用Opentrons OT-2 自動化移液平臺和 Opentrons 的開源軟件平臺來提高實(shí)驗(yàn)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(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)我來到這里時，我主要工作是在 MBRAUN 手套箱中使用96孔板格式的高通量設(shè)備處理光氧化還原催化反應(yīng)。

Opentrons: 聽起來您的工作需要大量手動移液。

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

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:?我們使用手動移液器進(jìn)行操作，并用卡片記錄每個孔的進(jìn)度。坦白說，手動操作很容易出錯。而且在手套箱里拿著移液管連續(xù)操作幾個小時也很不舒服。我和我的導(dǎo)師進(jìn)行了評估，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)時是您第一次考慮使用自動化的時候嗎？

Michael Rourke:?是的。我的老板對此很看好，我的顧問建議我貨比三家，看看有什么可用的。 但當(dāng)你帶回 25 萬美元的報價時，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。它們在有機(jī)溶劑中降解的可能性是我們工作流程中可預(yù)見的最大挑戰(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 OT-2 自動化移液平臺，我們發(fā)現(xiàn) OT-2 所需的移液器的價格與我們已經(jīng)使用的移液器相似。于是在 2021 年 1 月，我們下定決心訂購了一臺 OT-2，并將其放入惰性氣體手套箱中。

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

Michael Rourke:?我已經(jīng)測量過它的尺寸，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 接口穿過手套箱的密封蓋板。但后來發(fā)現(xiàn)其實(shí)沒必要這么做，因?yàn)槲野袿T-2 放進(jìn)去并密封起來，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，因?yàn)槲^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(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——放到移液平臺上，并使用 Opentrons Labware Library 將它們納入?yún)f(xié)議。我在移液平臺旁邊放了一個鼓風(fēng)機(jī)來吹倒孔板。我用了一些儲液槽，我盡量增加垂直列的數(shù)量特別是反應(yīng)溶劑的垂直列，以便我可以改用儲液槽來做這個實(shí)驗(yàn)。我在 2-dram 閃爍小瓶中制備過很多試劑。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:?我們在液體吸取和注入方面沒有任何問題。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)之前放入一個標(biāo)準(zhǔn)品，或者我可以把它拿回去，讓移液平臺從閃爍小瓶中取出，并往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么？

Michael Rourke:?我認(rèn)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。這是自動化移液最大的優(yōu)勢。

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化移液的目的是提高通量，同時也是為了提高準(zhǔn)確性和精確性。沒有什么比花一天時間做一個反應(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。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 在上面寫上編碼。如果能在 Protocol Designer 中添加一個數(shù)字或字母代碼作為備注來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，每個人都會根據(jù)自己的需要設(shè)計實(shí)驗(yàn)。你必須在實(shí)驗(yàn)如何布局上發(fā)揮創(chuàng)造力。我從未在沒有使用微通道的情況下設(shè)置過實(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半小時內(nèi)完成了 300 個反應(yīng)。

Opentrons: 讓自動化移液平臺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:?自動化移液平臺確實(shí)提高了我們的通量。我們以前一天能做 96 個樣本?，F(xiàn)在，我一天可以做 300 個。關(guān)于我們在手套箱里做的工作，有些工作是固定要做的，但是對于有些需要大規(guī)模地、一次性準(zhǔn)備所有的東西的工作，你可以花一天的時間把它們都設(shè)置好，然后第二天再來運(yùn)行。我以前每天只能處理一個孔板，但現(xiàn)在我可以同時處理多達(dá)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(nèi)處理完八個孔板，或者讓移液平臺整夜運(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，然后留出時間來分析所有的數(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，很難進(jìn)行語言交流和思考。你只能默默地數(shù)著數(shù)字，因?yàn)檎f話會讓你失去計數(shù)。這只會阻礙科研工作的創(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。自從我們有了自動化移液平臺以來，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(shí)驗(yàn)室的本科生將接受培訓(xùn)并開始使用 OT-2。我認(rèn)為隨著時間的推移，實(shí)驗(yàn)室里的很多項(xiàng)目都可以自動化。例如，我們在西北大學(xué)非常注重安全：有機(jī)溶劑是易燃的，使用它們是有風(fēng)險的。將反應(yīng)設(shè)置過渡到一個像手套箱這樣受控制環(huán)境中的自動化系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢。此外，我們的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備可以讓移液平臺以 20 毫升和 40 毫升瓶的形式進(jìn)行制備規(guī)模化的反應(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，實(shí)驗(yàn)室自動化將對工業(yè)和學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)險緩解做出重大貢獻(xiàn)。