RKN als erste deutsche DIY-BioTechnology Community

[Thomas R]

Um eine Stahlwelle in einem KG-Rohr zu zentrieren, muss ich Teflon (PTFE) bestellen.
Rund und mit einem Aussendurchmesser von 170mm. Würde das reichen.
Daraus könnte man evtl. sowas drehen.

[Michael H.W. Weber]

Lasst uns bitte möglichst auf den Pipettierroboter konzentrieren, für den hätte ich direkt Einsatzmöglichkeiten. Mit den Zentrifugen, das ist mir erstmal zu gefährlich.
Natürlich gibt es solche Roboter kommerziell. Vielleicht können wir da mal ein paar Links sammeln und uns anschauen, wie die aufgebaut sind?

Michael.

[Peter Fanghänel]

Ich möchte hier anmerken, dass man bei gewissen Teilen der Laborausstattung sicherlich Eigenbaulösungen nutzen kann. Die heutigen Möglichkeiten, die durch Rapid Prototyping bestehen, laden ja gerade dazu ein.
Aber wie Michael möchte ich nicht, dass wir zusammen gedengelte Geräte hinstellen, in denen sich Teile mit über 10.000 upm bewegen. Wenn wir keinen ausgewiesenen Experten in unserer Runde haben, der tagtäglich damit zu tun hat, will ich die Gästen in dem Labor nicht einem solchen Risiko aussetzen. Insbesondere wenn es sich, wie angedacht, um Kinder und Jugendliche handelt. Wenn ich selbst ungesichert am Berg herumkraxle ist das eine Sache, eine andere ist es, jemanden dazu zu bringen, der das Risiko nicht einschätzen kann oder davon nichts weiß.

[Michael H.W. Weber]

Hier sieht man einen Koloniepicker bei der Arbeit. Ganz rechts im Bild stehen die üblichen Agarnährmediumplatten auf denen Bakterienkolonien als runde Flecken wachsen. Der Roboter erkennt diese per Imagingsoftware und pickt sie einzeln auf. Links neben den Agarplaten sieht man auch die von mir oben schon erwähnten Mikrotiterplatten. Die hintere ist exakt das Format, das ich im Auge habe. Man würde in die 6 Näpfchen also eine ca. 55°C heisse Agarlösung einpipettieren, erkalten lassen und dann eine zweite Schicht mit einem anderen Agar darübergiessen, in dem Bakterien sind. Dann tropft man in die Mitte jeder Platte eine Test-Lösung - hoffentlich voll mit passenden Bakteriophagen.

Geräte von Tecan.
Geräte von Hudson Robotics mit Video.

...soll nur mal so als Übersicht dienen, worum es geht.

Michael.

[Thomas R]

Ja Michael - das ist genau das Problem!
Kaum jemand weiß (oder kann wissen) was genau Du eigentlich möchtest.
Zur Zentrifuge hätte ich - wie angeboten - wohl etwas beitragen können.
Da ich nicht weiß wie der Roboter aussehen soll, kann ich dazu auch nichts beitragen.

Also - erkläre Dein angesinntes Projekt exakt.
Wenn möglich - Bilder dazu.
Maße auf Anfrage.
Dann, kann Dir auch geholfen werden.

[Michael H.W. Weber]

Der Algorithmus wäre wie folgt:

Mensch wiegt einige Feststoffzutaten in ein Glas, gibt eine bestimmte Menge Wasser hinzu, autoklaviert das Ganze für 20 Minuten bei 121°C und stellt die noch heiße Lösung als Ausgangsmaterial in den Roboter (nennen wir in der Folge Agar).
Mensch setzt eine zweite solche Lösung analog an, die aber eine etwas andere Zusammensetzung hat (nennen wir Softagar).
Mensch platziert 6 am Vortag über Nacht angezogene und dicht gewachsene Bakterienkulturröhrchen im Robotor.
Mensch platziert 6 zu testende, hoffentlich phagenhaltige Umweltwasserproben im Robotor.

Roboter wartet, bis die Temperatur des Agars auf 60°C gefallen ist.
Roboter schnappt sich eine 6-Näpfchen tragende Mikrotiterplatte und positioniert sie im Pipettierbereich.
Roboter nimmt den Deckel der Platte ab und legt ihn beiseite.
Roboter pipettiert 3 mL der 60°C heißen Agarlosung in jedes Näpfchen.
Roboter schnappt sich den Deckel und verschließt die Mikrotiterplatte.
Roboter wartet, bis der Agar ausgehärtet ist (also eine vorgegebene Zeitspanne).
Roboter wartet, bis der Softagar auf 40°C abekühlt ist.
Roboter nimmt den Deckel wieder ab und legt ihn beiseite.
Roboter mischt 3 mL Softagar mit 100 µL der ersten Bakteriensuspension und pipettiert das Gemisch in Napf 1 der Platte.
Roboter wiederholt den letzten Schritt 5x, bis alle 6 Proben abgearbeitet sind.
Roboter verschließt Mikrotiterplatte und wartet, bis der Softwagar mit den Bakterien darin ausgehärtet ist.
Roboter schnappt Plattendeckel und legt ihn beiseite.
Roboter pipettiert Umweltwasserprobe 1 mittig auf den ausgehärteten Softagar in Napf 1.
Roboter wiederholt den letzten Schritt 5x, bis alle 6 Umweltwasserproben abgearbeitet sind.
Roboter verschließt Mikrotiterplatte und wartet 30 Minuten, damit die Wasserproben in den Agar einziehen können.
Roboter stellt die fertig bearbeitete Mikrotiterplatte beiseite.

Mensch platziert Mikrotiterplatte(n) über Nacht in einen auf 37°C vorgewärmten Brutschrank.
Mensch guckt am nächsten Tag jedes Näpfchen an und stellt zu seiner Freude fest, dass in allen 6 Fällen an den Auftropfstellen der Umweltwasserproben kein Bakterium wachsen konnte, weil sie von den Phagen gekillt wurden.

So, und jetzt geht die (ebenfalls leicht mit derselben Maschine automatisierbare) Arbeit los, um die Phagen in großer Menge anzureichern. Dazu wird vom Robotor einfach mit einem Zanhstocher aus der Plaque (also dem Ort, wo nichts wuchs, aber nun massig Phagen existieren) die zugehörige Bakteriensuspension angeimpft. In weniger als 30 Minuten sollten alle Bakterien verschwunden, d.h. die Suspension klar sein. Dann wird die Lösung sterilfiltriert durch 0.22 µm Filter und das Resultat ist ein hochkonzentriertes Phagenlysat, dass den zugehörigen Bakterienwirt in rasanter Geschwindigkeit umbringt. Auch antibiotikaresistente Bakterien.

Angenommen, wir nehmen ein pflanzenfressendes Baktierum, wie z.B. Erwinia und finden eine Phagen wie oben beschrieben. Dann können wir befallene Pflanzen mit dem Lysat besprühen und die Bakterien werden abgetötet ohne das wir irgendeine "chemische Keule" ausgepackt haben. Tragweite des Projekts erkannt?

Dasselbe kann in Aquakultur oder bei anderer Tierhaltung verwendet werden. Antibiotika sind nicht die richtige Wahl. Und selbstverständlich lassen sich Phagen auch zur Heilung von menschlichen Erkrankungen einsetzen. Dazu gibt es reichlich Beispiele. Was fehlt sind systematische Studien. Und a würde ich gerne hinkommen, denn die Zahl der noch wirksamen Antibiotika sinkt kontinuierlich.

Michael.

[Thomas R]

OK - den Algorithmus habe ich soweit verstanden.
Allerdings ist die Maschine dazu mit einfachen Mitteln nicht zu bauen!
Ich habe mir hier in 2010 einen Aufleger bauen lassen der nur oben-unten / vor-zurück können muss. Sicher in einer anderen Größendimension; die Technik bleibt aber die gleiche.
Für den angedachten Roboter muss noch links-rechts dazu. Das wird teuer!
Ich habe mir solche Geräte mal gebraucht angesehen und die Preise dazu. ---Bj.2005 /NP 118.000? /VK 9.900?---
Auf den Preis des Gebrauchten schätze ich auch die Kosten für einen selbst konstruierten.
Wie soll das finanziert werden?

[Michael H.W. Weber]

Mir sind die Kosten für professionelle Lösungen durchaus bewußt. Das ist ja der Grund, weshalb ich für eine DIY-Lösung werbe. Und ich denke, man kann so etwas deutlich günstiger bauen. Nehmen wir mal den angesprochenen 3D-Drucker. Der kostet ca. 500 Euro, fährt wie gewünscht in alle Himmelsrichtungen und kann im Grunde steuerungstechnisch alles, was wir brauchen. Unterschiede sind, dass unsere Maschine sowohl greifen als auch Pipettieren können muss. Ich schlug ja schon eine Arduino-Basis vor.

Wir brauchen jetzt jemanden, der sich damit auskennt, wo man die benötigten Baumaterialien herbekommt, damit wir Preise konkreter abschätzen können. Ich hoffe, es wird nicht mehr als 1000 Euro kosten und dann möchte ich es bei Kickstarter probieren. Also mal ran, mit den Vorschlägen.

Michael.

[MReed]

Frage: ist Kickstarter nicht eine Organisation, die einen Vorschuss als Startkapital gewährt, den man dann entweder direkt an die zurück oder an andere Kickstarter-Projekte zahlen muss?

Falls ja: Passt das mit unserem Verein zusammen? (ich bilde mir ein wir als Verein dürften keine Schulden haben)

[Michael H.W. Weber]

Nein, Kickstarter gibt kein Darlehen. Wenn Dein Projekt erfolgreich ist, bekommst Du das Geld ohne weitere Verpflichtungen, außer dass Du An Kickstarter 5% der erzielten Endsumme abführen musst und an Amazon die Kreditkartentransaktionsgebühren (1-5%). Beides musst Du also bei der ausgeschriebenen Summe einfach mit einberechnen.

Ein anderes Problem ist aber: Man scheint "permanent US resident" sein zu müssen. Das wäre für uns natürlich das Aus, es sei denn, wir finden einen US-Kooperationspartner, der Teil der Projektleitung würde. Möglichkeiten gäbe es da...

Michael.

[Dunuin]

Aber wie Michael möchte ich nicht, dass wir zusammen gedengelte Geräte hinstellen, in denen sich Teile mit über 10.000 upm bewegen.

Deshalb meinte ich ja das ganze in ein stabiles Stahlgehäuse, was man nicht öffnen kann, solange sich da was dreht. Wenn da was passiert, dann wenigstens nur drinnen, wo nichts passieren kann.

Greifarm + Pipette ist definitiv nicht ohne. So ein Greifarm muss ja nicht nur erkennen können, wo die Paletten dann genau liegen, er muss auch noch fühlen können, wie stark er gerade zugreift. Wenn dann noch per Kamera ausgewertet werden muss, ob da nun die Phagen Erfolg hatten oder nicht und wo die Paletten genau liegen, wird das mit Microcontroller auch nichts mehr. Bzw die KI, welche die Proben optisch auswertet, müsste über den PC laufen. Aber ich bin mir da sehr sicher, dass das ganze weit über 1000? liegt.

500? kostet der 3D-Drucker ja auch nur, weil das eine Serienproduktion ist, wo die 50% ihrer Teile selbst "drucken" und die dann ohne große Einnahmen selbst verkaufen.

Mal ein paar Dinge die unser Ding teurer machen:

1. unser Roboter müsste ein vielfaches so groß sein
2. je größer, desto genauer/schneller/stärker müssen die Motoren sein
3. wir brauchen ein Gehäuse
4. mehr Aufwand da sterile Laborbedingungen. Da wird es z.B. nichts mit billigen Pumpen, da man schon Membranpumpen braucht.
5. Pneumatik/Pumpen/Kompressoren sind eine teure Sache (für Pepettieren)
6. 2 Armaufsätze für Pipettieren/Greifarm
7. Kamera und PC zum Auswerten der Proben
8. Heizmodul mit Regelung damit die Agargefäße die Temperatur halten. Die Konsistenz muss ja genau stimmen, sonst wird das nichts mit der Messung wieviel nun in die Piepette gesaugt wurde
9. einen weiteren kleinen Greifarm, welcher die alten Pipettenaufsätze vom Hauptarm abzieht
10. Halterung für neue Pipettenaufsätze
11. UV-Lampe fürs Sterilisieren
12. generell eine Beleuchtung
13. aufwändigerer Aufbau, da nicht Arm und Bodenplatte je auf einer Achse laufen können, sondern der Arm alle 3 Achsen beherrschen muss
14. deutlich mehr Sensoren (Temperatur, Drucksensoren, Impulsgeber, Abstandsmessung per Ultraschall, ...)

Die komerziellen Roboter kosten ja nicht ohne Grund im 6-stelligen Bereich. Wenn man da die Kosten für die jahrelange Entwicklungszeit und Programmierung abzieht, ist immer noch eine ganze Stange Geld über, was die Materialien kosten.

Also zu aufwändig und kompliziert wurde ich das Ganze nicht machen. Sonst hängen wir in 5 Jahren noch an der Entwicklung der Elektronik und Programmierung der Software.

[Michael H.W. Weber]

Greifarm + Pipette ist definitiv nicht ohne. So ein Greifarm muss ja nicht nur erkennen können, wo die Paletten dann genau liegen, er muss auch noch fühlen können, wie stark er gerade zugreift. Wenn dann noch per Kamera ausgewertet werden muss, ob da nun die Phagen Erfolg hatten oder nicht und wo die Paletten genau liegen, wird das mit Microcontroller auch nichts mehr. Bzw die KI, welche die Proben optisch auswertet, müsste über den PC laufen. Aber ich bin mir da sehr sicher, dass das ganze weit über 1000? liegt.

Ok, also mal etwas sortieren:
Die Auswertung der Platten machen wir von "Auge". Obwohl ich Dir dazu sagen kann, dass es etablierte und angeblich auch kostenfreie Software gibt, die die Spots erkennt. Kann man also nachrüsten, aber ich sehe momentan auch den Bedarf noch nicht.
Ich denke auch nicht, dass eine Kamera nötig sein wird für den Prototyp. Man könnte etwas mit Lichtschranken machen, wo man z.B. einen Laser aus einem alten DVD Brutzler einsetzt.
Die Griffstärke kann man auf das zu greifende Material/Objekt zuschneiden und fix lassen.
Die Objekte stehen IMMER an exakt definierter Stelle.

Mal ein paar Dinge die unser Ding teurer machen:

1. unser Roboter müsste ein vielfaches so groß sein
2. je größer, desto genauer/schneller/stärker müssen die Motoren sein
3. wir brauchen ein Gehäuse
4. mehr Aufwand da sterile Laborbedingungen. Da wird es z.B. nichts mit billigen Pumpen, da man schon Membranpumpen braucht.
5. Pneumatik/Pumpen/Kompressoren sind eine teure Sache (für Pepettieren)
6. 2 Armaufsätze für Pipettieren/Greifarm
7. Kamera und PC zum Auswerten der Proben
8. Heizmodul mit Regelung damit die Agargefäße die Temperatur halten. Die Konsistenz muss ja genau stimmen, sonst wird das nichts mit der Messung wieviel nun in die Piepette gesaugt wurde
9. einen weiteren kleinen Greifarm, welcher die alten Pipettenaufsätze vom Hauptarm abzieht
10. Halterung für neue Pipettenaufsätze
11. UV-Lampe fürs Sterilisieren
12. generell eine Beleuchtung
13. aufwändigerer Aufbau, da nicht Arm und Bodenplatte je auf einer Achse laufen können, sondern der Arm alle 3 Achsen beherrschen muss
14. deutlich mehr Sensoren (Temperatur, Drucksensoren, Impulsgeber, Abstandsmessung per Ultraschall, ...)

Das Problem mit der Sterilität lösen wir, indem wir den Robotor in einer Cleanbench betreiben. Das ist wie ein Abzug im Chemieunterricht, nur dass dieser Abzug wirklich steril ist. Es kommen nur sterile Sachen hinein und also bleibt es dort steril.
Zur Temperierung der Agarlösungen kann man ein ganz normales beheizbares Wasserbad oder besser noch ein Ölbad mit Magnetrührer nehmen. Allerdings muss das Agargefäß dort drinnen stets korrekt positioniert sein. Die Temperatur kann man vom Roboter messen lassen, was sehr gut wäre ODER aber einfach gucken, wie lange eine feste Flüssigkeitsmenge braucht, um im genau temperierten Wasserbad die korrekte Endtemperatur zu haben.
Wir brauchen nur einen Greifarm und eine Pipettiervorrichtung. Die Pipettenspitzen sind Einwegmaterial und in deren oberen Bereich ist ein Sterilfilter integriert, sodass nichts in den Roboterpipettenarm reingelangt und dann zu Kreuzkontaminationen führen kann. Das ist teurer, aber die klügere Wahl. Die Spitzen werden durch eine Automatik von oben abgeworfen, d.h. man muss sie nicht abziehen.

Und schließlich: Ja, wir wollen es so einfach halten wie möglich. Es soll ein funktionstüchtiger Prototyp entstehen und dann können wir mit diesen Vorarbeiten zu Kickstarter oder sonstwo hingehen und ihn aufmotzen.

Michael.