什么藥物可以擊敗癌癥？用什么樣的劑量可以獲得理想療效，而不會產(chǎn)生副作用？超過什么極限值之后，有效的藥物會產(chǎn)生毒性？在今天，這些問題的解答都離不開采用細胞培養(yǎng)技術的批量檢測。它們無疑是醫(yī)療研究的重要方法。

使用CYRIS ?FLOX自動檢測系統(tǒng)，試驗室的工作變得更加簡單。在整個試驗過程中，F(xiàn)AULHABER電機確保培養(yǎng)液獲得足夠的營養(yǎng)和藥物供給，并對細胞的生長變化進行密切監(jiān)控，這一切都無需試驗人員的參與。

生命力的極限

拯救生命，治愈疾病，緩解癥狀——先進藥物造福于人類，日復一日，年復一年。但是距離無病不可醫(yī)的日子還為時很遠。此外，通過新冠病毒疫情我們深切感受到新疾病帶來的危害。因此新藥物的研發(fā)工作急不可待。最好是在進行臨床試驗前，我們就應該保證這些藥物的療效和安全性，因為臨床試驗是至關重要的最后階段。因為藥品的療效主要體現(xiàn)在人體細胞內，因此在很大程度上我們可以通過試驗對其進行判斷。也就是說，我們可以通過細胞培養(yǎng)技術取代普通的藥品試驗。

“比如說，我們可以測定某種物質在對細胞產(chǎn)生毒性前達到的極限值，”慕尼黑INCYTOИ ?公司生物技術研究員Márton Nagy解釋道。“這不僅適用于藥物，同時還可以應用在潛在的環(huán)境毒物。我們將一定數(shù)量的這種物質加入用于細胞培養(yǎng)的營養(yǎng)液中，并觀察細胞的反應。然后我們繼續(xù)增加用量。通過獲取特定的測量數(shù)據(jù)和顯微鏡觀察，我們可以確定該物質對細胞產(chǎn)生危害的極限點。這個值可以根據(jù)人的體重進行換算。在實踐當中，該危險值極其微小的一部分將被定為允許的劑量極限值。”在藥物研究領域，有很多針對癌細胞的試驗。但是這些試驗的目的恰好與上相反。在這里，我們希望尋找到能夠抑制癌細胞繁殖，甚至完全殺滅癌細胞的有效藥物及其有效的劑量。

對細胞的觀察是一個多班次、耗時的過程。進行一次試驗平均需要大約三天時間。在這個階段，不僅需要執(zhí)行很多不同測量，還要間隔很短的時間對細胞反復進行拍照。將這些連續(xù)的圖片合并在一起，即形成了一個慢鏡頭展現(xiàn)細胞生產(chǎn)過程的影片。需要測量的有以下三個物理指標：氧含量、pH值和單層細胞跨膜電阻。

物理指標為我們提供信息

這些參數(shù)值受細胞新陳代謝的影響。比如說，與處于健康狀態(tài)時相比，細胞在受藥物副作用影響的時候消耗的氧量更少。pH值的變化也非常類似：由于新陳代謝產(chǎn)生酸性物質，因此細胞的pH值一般會降低到酸性范圍。如果降低的幅度變小，則說明新陳代謝過程受到了影響。通過減小的程度可以確定藥物的影響。在另一方面，電阻值與細胞數(shù)量成正比。如果電阻的提升出現(xiàn)延遲，則說明細胞受到了影響。

到目前為止，完成這類試驗需要大量人工操作。不同的步驟僅有一部分可以實現(xiàn)自動化。INCYTOИ ? 研制的全自動 CYRIS ?FLOX 設備不僅可以自動完成為期幾天的試驗過程，無需操作人員干預，還能全面記錄試驗結果。

該試驗裝置的中心有一個由透明材料制成的微孔板，板上有24個試驗孔。細胞樣本就保存在這些微小的培養(yǎng)皿內。帶有24個吸管的機械臂向培養(yǎng)液內添加營養(yǎng)液以及需要試驗檢測的物質。在這個過程中，每個吸管可以吸取成分不同的溶液。每個試驗孔都裝備了用于檢測氧含量、pH值和電阻值的傳感器。通過顯微鏡可以定期從試驗孔下側進行拍照。

自動化研發(fā)

INCYTOИ ? 是一家有學術背景的新創(chuàng)企業(yè)。公司創(chuàng)辦人曾經(jīng)從事大學研究工作。那時候，他們采用其它制造商的電機來制作此試驗設備的原型。由于不符合應用需求，它們后來被替換為FAULHABER電機。憑借緊湊的設計和可靠的部件，新電機的質量得到了證實。在準備投入量產(chǎn)前的研發(fā)過程中，他們也不再需要尋找其它驅動產(chǎn)品。但是他們?yōu)榇酥贫诵碌哪繕耍骸拔覀円M可能減少所用的電機類型，”研發(fā)經(jīng)理Matthias Moll在介紹最初情況時說道。“我們也需要更加簡單的接線布置。我們所尋求的驅動裝置應該帶有內置的控制器。在之前的設備上，這些控制器都安裝在機械臂的控制裝置內，這樣一來，移動部件上就增加了很多電纜接頭。”此外，電機應該能夠報告故障，比如說，如果出現(xiàn)過熱導致或者可能導致機械阻斷時。

2232…BX4無刷伺服電機與CxD系列內置運動控制器組合，即可滿足INCYTOИ ?技術人員提出的這些新要求。除此之外，它們還具備效率高，設計極為緊湊，重量輕，體積小以及適合試驗室應用的優(yōu)點。CYRIS ?FLOX分析設備內一共安裝了六臺電機。其中三臺用于在三個軸向移動機械臂上的吸管頭。在它們的控制下，吸管精確運行到微孔板正上方，然后向下運行到位，并釋放溶液。第四臺電機負責驅動24個吸液活塞，將200 μl培養(yǎng)液輸送到無菌吸管內。最后兩臺電機在位于細胞樣本下方的定位滑臺上移動顯微鏡。由于微孔板采用透明材質，可以用顯微鏡從試驗孔下方對樣本進行拍照。

持續(xù)工作模式下的精準度和可靠性

“為了之后能夠通過慢鏡頭觀察細胞的變化，顯微鏡頭必須精確的移動到試驗孔下方的規(guī)定位置，”Matthias Moll在介紹完成這步操作的難度時說道。“利用FAULHABER電機我們可以將滑臺的定位精度控制在兩微米以內。”我們可以做一個形象的比較：人的一根頭發(fā)的厚度在50和70微米之間。驅動吸管頭活塞的電機也必須很高的運行精度。為了獲得有效的試驗結果，溶液的吸入量必須精確無誤。

對于CYRIS ?FLOX設備來說，保證精確度是一項永久的使命。因此對于電機應用來說重復性至高無上。在整個試驗階段內需要頻繁執(zhí)行的運行過程必須得到精確無誤的重復。“驅動裝置在持續(xù)工作模式下必須能夠保證最高的可靠性，”身為研發(fā)經(jīng)理的他強調指出。“只有這樣我們才能實現(xiàn)更長的‘walk-away time’。”在試驗室自動化技術盛行的今天，我們用這個術語來表示無人為干預情況下試驗過程可持續(xù)的時間。“利用CYRIS ?FLOX設備，這個時間可以從幾分鐘延長到若干小時，甚至幾天。我們高級科學家和試驗室技術人員可以利用寶貴的時間完成其它工作。試驗操作效率的提高和運營成本的降低，也加快了設備的投資回報。”