Faulhaber驱动精密细胞分析，推动医疗领域自动化进程
什么药物能战胜癌症？什么样的剂量可以达到预期疗效，而且不会产生副作用？超过什么限度，有效药物会产生毒性？今天，这些问题在用细胞培养技术的系列实验中找到了答案，它们是医学研究中最重要的方法之一。通过CYRIS®FLOX自动检测系统，实验室的工作变得更加简单。在整个实验过程中，FAULHABER电机能确保在试验期间为培养液提供足够的营养和药物，并对细胞的生长变化进行密切监测，这些都无需人工干预。
生命力的极限
拯救生命，治疗疾病，缓解症状——先进药物造福人类。但我们还远远无法为每种病提供药物。此外，这次新冠疫情也让我们深切感受到，新的疾病在不断产生。因此，我们需要不断研发新的药物，最好是在临床试验前就能确保这些药物的疗效和安全性，因为临床试验是至关重要的最后一个阶段。药品的疗效主要是在人体细胞内展开，因此很大程度上我们可以通过试验对其效果进行判断。也就是说，我们可以通过细胞培养技术来取代普通的“试用”药物。
“比如说，我们可以检测某种物质在对细胞产生毒性前达到的极限值，”德国INCYTOИ®公司生物技术研究员Márton Nagy解释道，“这不仅适用于药物，也适用于潜在的环境毒素等。我们含有细胞培养的营养液中注入一定量的物质，并观察细胞的反应。然后逐步增加该物质的用量。
可提供信息的物理指标
这些物理指标会受到细胞新陈代谢的影响。例如，与已经受到所引入药物的（副作用）影响时的氧气量相比，健康状态下的细胞会消耗更多氧气，pH值的表现也与此类似。因为细胞的新陈代谢会产生酸性物质，因此pH值通常会下降到酸性范围内。如果这种情况发生的程度降低，说明新陈代谢受到了影响。偏差程度为药物效果提供了一定启示。另一方面，电阻（阻抗）会随着细胞数量的增加而增加。因此，延迟的增量可显示细胞受到的影响有多大。
到目前为止，完成这些实验需要大量的人工操作，这些步骤仅有部分可实现自动化。INCYTOИ®研制的全自动CYRIS®FLOX 设备不仅可以在没有人工干预的情况下进行多天的测试，还能完整地记录整个试验结果。
该试验装置的中心有一个由透明材料制成的微孔板，板上有24个试验孔，细胞样本就保存在这些微小的培养皿内。机械臂上的24个移液器可以为小型培养物提供培养液，并注入需要测试的物质。这样一来，每个移液器可以选择不同的溶液成分。每个试验孔都配备了能检测氧含量、pH值和电阻值的传感器。通过显微镜，可以规律地从试验孔的下侧进行拍照。
自动化研发进展
德国INCYTOИ®公司是一家拥有深厚学术背景的初创公司，该公司创始人曾经在大学从事研究工作。最初，他们采用的是其它制造商生产的电机来制机，效果不甚理想。后来，Faulhaber紧凑型微驱动系统被证实更为适用。
在准备投入量产前，他们制定了新目标：“电机的类型需要尽可能的少，”研发经理Matthias Moll在介绍最初的情况时说道，“布线也需要更加简单，驱动装置需带有内置的控制器。因为在采用Faulhaber微驱动系统之前，控制器都安装在机械臂的控制装置内，这样一来，移动部件上增加了很多电缆接头。”此外，电机需要有故障报告功能，比如出现过热导致的机械故障。
Faulhaber提供的2232…BX4无刷伺服电机与CxD系列内置运动控制器组合后，满足了INCYTOИ®公司技术人员提出的这些新要求。此外，Faulhaber微驱动系统效率高，设计极为紧凑，重量轻，体积小，非常适合试验室应用。
FAULHABER BX4 CXD直流无刷伺服单元
CYRIS®FLOX分析设备内一共安装了六台电机，其中三台可在三个轴上移动机械臂上的移液头，并将移液器精确地移到微孔板正上方，然后移到测试室正上方以排除溶液。第四台电机则用于驱动24个吸液活塞，并将200 μl的培养液输送到无菌吸管内。最后两台电机可在细胞样本下方的XY滑台上移动显微镜。由于微孔板采用透明材质，因此可以用显微镜从试验孔下方对样本进行拍照。
连续工作模式下的精度和可靠性
“为了之后能通过慢镜头观察细胞变化，显微镜头必须精确地移动到试验孔下方的完全相同的位置，”Matthias Moll在解释这一步骤的操作难度时说道，“利用FAULHABER电机，我们可以将滑台的定位精度控制在两微米以内。”我们可以做一个形象的比较：一根人类头发的厚度为50至70微米之间。驱动吸管头活塞的电机也必须以非常高的精度运行。只有当液体的数量和规格完全一致时，才能获得有效的测试结果。
在CYRIS®FLOX系统中，确保精度是一项持续任务，因此，对电机应用来说，重复性至关重要。在整个实验期间，需要在测试时间内重复精确地进行操作，而且间隔时间短，不能有偏差。“驱动装置在持续工作模式下必须保证最高的可靠性，”研发经理强调道，“只有这样我们才能延长免人工干预时间。“利用CYRIS®FLOX设备，这个时间可以从几分钟延长到若干小时，甚至几天。我们高级科学家和试验室技术人员可以利用这些时间去做其它工作。试验操作效率的提高和运营成本的降低，也提高了设备的投资回报率。”