Integration des Mikrotiterplatten-Ultraschallgeräts UIP400MTP in die Laborautomatisierung
Das Multiwellplatten-Ultraschallgerät UIP400MTP von Hielscher wurde speziell für die gleichmäßige Ultraschallbehandlung von Mikrotiterplatten mit hohem Probendurchsatz entwickelt und erfüllt damit einen entscheidenden Bedarf in automatisierten Arbeitsabläufen zur Probenvorbereitung in Genomik, Proteomik, Diagnostik und Wirkstoffentwicklung. Seine Konstruktion, Schnittstellenfunktionen und Betriebseigenschaften machen es besonders geeignet für die nahtlose Einbindung in moderne automatisierte Liquid-Handling-Systeme – darunter Liquid Handler und robotergestützte Arbeitszellen auf Plattformen wie Tecan, Hamilton und Beckman Coulter.
Was der UIP400MTP ist und warum er für die Automatisierung wichtig ist
Der UIP400MTP ist ein leistungsstarkes Multiwellplatten-Ultraschallgerät mit 400 W und 20 kHz, das Ultraschallenergie präzise und gleichmäßig auf alle Wells standardmäßiger Multiwellplatten übertragen kann (z. B. Formate mit 6, 12, 24, 48, 96 oder 384 Wells). Diese Gleichmäßigkeit unterstützt die reproduzierbare Probenbearbeitung, die für nachfolgende Assays und Analysen erforderlich ist.
Anders als herkömmliche Ultraschallgeräte mit Sonotroden beschallt die Kammer des UIP400MTP die Platten berührungslos und indirekt durch den Plattenboden. Dadurch müssen keine Sonotroden in die Proben eingetaucht werden, und das Risiko von Kreuzkontaminationen wird verringert. Die Kompatibilität mit standardmäßigen Laborplatten ohne proprietäre Verbrauchsmaterialien vereinfacht zusätzlich die Integration in automatisierte Arbeitsabläufe, die auf standardmäßigen SBS-Formaten basieren.
UIP400MTP für die fokussierte Beschallung – geeignet zur Integration in automatisierte Liquid-Handling-Systeme
Integration in automatisierte Liquid Handler: Zentrale Voraussetzungen
- Kompatibilität mit Standardplatten
Der UIP400MTP nimmt alle standardmäßigen Multiwellplattenformate auf, einschließlich PCR- und Mikrotiterplatten, und ermöglicht damit Arbeitsabläufe ohne Einschränkungen durch spezielle Verbrauchsmaterialien. Dies passt unmittelbar zu Automatisierungsdecks, die Platten nach SBS-Standard handhaben.
Warum das wichtig ist: Roboter von Tecan, Hamilton und Beckman bewegen Platten von Deckpositionen, Plattenstaplern, Inkubatoren und Plattenlesegeräten – und je stärker die Platte standardisiert ist, desto einfacher lassen sich zusätzliche Prozessschritte wie die Beschallung integrieren, ohne die Plattengeometrie oder die Handhabungslogik zu ändern. - Berührungslose, parallele Verarbeitung
Da der UIP400MTP alle Proben einer Platte gleichzeitig und ohne Sonotroden mit direktem Probenkontakt verarbeitet, wird die Beschallung zu einem eigenständigen, wiederholbaren Chargenschritt, der sich problemlos in automatisierte Abläufe wie den folgenden einfügt:→ Platte aus dem Plattenstapler entnehmen
→ Probe in die Wells pipettieren
→ Platte zur Beschallungsstation UIP400MTP bewegen
→ Beschallungslauf per Fernsteuerung auslösen
→ Platte auf das Roboterdeck zurückbringen
→ Mit nachfolgenden Schritten fortfahren (Analyse, Detektion usw.)Diese chargenweise Verarbeitung erhöht den Probendurchsatz und verringert die Variabilität zwischen Wells und Platten.
- Fernbetrieb und Protokollierung
Der UIP400MTP verfügt über eine browserbasierte Fernsteuerung und eine integrierte Protokollierungsfunktion auf SD-Karte. Anwender können Beschallungsläufe in einer automatisierten Arbeitszelle ohne direkten physischen Eingriff konfigurieren, starten und überwachen sowie maschinenlesbare Protokolldateien (CSV) für Rückverfolgbarkeit und Compliance ausgeben.
Bedeutung für die Automatisierung:
Robotersteuerungen (oder Middleware-Systeme) können:- Die Beschallung programmgesteuert über eine Browser-API oder ein zeitgesteuertes Skript auslösen,
- Den Fortschritt überwachen (z. B. verstrichene Zeit, Temperatur),
- Metadaten zur Beschallung für die Integration in LIMS oder ELN erfassen,
- Protokollierte Laufdateien für Chargenprotokolle, Compliance-Berichte und QA/QC verwenden.
- Infrastruktur zur Temperaturregelung
Das Gerät verfügt über Anschlüsse für einen externen Umlaufkühler und einen PT100-Temperatursensor zur Regelung der Probentemperaturen während der Beschallung. Dadurch können automatisierte Arbeitsabläufe die Probenintegrität auch bei empfindlichen Assays erhalten – eine häufige Anforderung bei der Probenvorbereitung für Genomik und Proteomik.
In Automatisierungssystemen lässt sich dies gut in eine Laborinfrastruktur integrieren, die bereits externe Kühler, Inkubatoren oder Systeme zur Regelung der Umgebungsbedingungen nutzt, die vom Ablaufplaner des Roboters gesteuert werden.
| Integrationsaspekt | Zentrale Merkmale des UIP400MTP in der Automatisierung | Vorteile in robotergestützten Arbeitsabläufen mit hohem Probendurchsatz |
| Plattenkompatibilität | Unterstützt standardmäßige Mikrotiterplatten im SBS-Format (z. B. 6–1536 Wells); keine proprietären Verbrauchsmaterialien erforderlich. Für eine gleichmäßige Plattenbeschallung ausgelegt. | Nahtlose Integration mit Liquid Handlern und Plattenstaplern; vereinfacht die Deckanordnung und die Logik der Plattenhandhabung. |
| Beschallungsmodus | Berührungslose Übertragung von Ultraschallenergie durch die Plattenböden; gleichzeitige Verarbeitung aller Wells. | Chargenweise Verarbeitung, die Probendurchsatz und Gleichmäßigkeit erhöht; reduziert manuelle Handhabung und Kontaminationsrisiko. |
| Fernsteuerung und Protokollierung | Browserbasierte Fernsteuerung und integrierte Datenprotokollierung auf SD-Karte zur Erfassung von Prozessprotokollen und zur Rückverfolgbarkeit. | Ermöglicht unbeaufsichtigte Läufe, automatisierte Überwachung und die Integration von Beschallungsmetadaten in LIMS/ELN für die Compliance. |
| Temperaturmanagement | Schnittstellen für externe Kühler und PT100-Temperatursensoren zur Erhaltung der Probenintegrität während der Läufe. | Entscheidend für empfindliche Assays; unterstützt die Automatisierung von Arbeitsabläufen, die eine Temperaturregelung ohne manuellen Eingriff erfordern. |
| Komplexität der Integration in das Deck | Minimal – die Beschallung wird zu einem eigenständigen, per Fernsteuerung ausgelösten Verarbeitungsschritt für die Platte; eine Ausrichtung der Sonotrode ist nicht erforderlich. Die kleine Stellfläche und die sehr robuste Konstruktion erleichtern die Integration. | Verringert die Komplexität der Roboterprogrammierung und senkt das Risiko mechanischer Fehler beim Platzieren der Platten. |
| Durchsatzmodell | Parallele Verarbeitung einer gesamten Platte statt einzelner Wells. | Verkürzt die Verarbeitungszeit pro Platte und verbessert die statistische Aussagekraft in Screening-Arbeitsabläufen. |
| Kontaminationsrisiko | Die berührungslose Beschallung minimiert den Kontakt von Flüssigkeiten mit mechanischen Teilen. | Verringert den Aufwand für die Reinigungsvalidierung und die Bedenken hinsichtlich Kreuzkontaminationen bei der automatisierten Verarbeitung mehrerer Platten. |
| Skalierbarkeit | Ohne Hardwareänderungen mit verschiedenen Multiwellformaten kompatibel. | Unterstützt die Skalierung von Platten mit geringer zu Platten mit hoher Well-Dichte innerhalb desselben automatisierten Prozesses. |
Praktische Integration in automatisierte Arbeitsabläufe
In einer typischen robotergestützten Arbeitszelle mit hohem Probendurchsatz (z. B. Tecan Fluent, Hamilton STAR/VANTAGE, Beckman Coulter Biomek) lässt sich der UIP400MTP wie folgt integrieren:
- Beschallungsstation auf dem Deck
Das Gerät wird an einer dafür vorgesehenen Deckposition oder einer peripheren Station montiert, an der folgender Ablauf stattfindet:
Der Roboter setzt befüllte Platten direkt in den UIP400MTP ein.
Die Beschallung wird per Fernsteuerung ausgelöst.
Nach Abschluss der Beschallung entnimmt der Roboter die Platten und transportiert sie zu den nachfolgenden Verarbeitungsschritten (z. B. Reagenzienzugabe oder Detektion).Vorteile:
- Minimale Fehler bei der Plattenhandhabung,
- Vollständige Einbindung in den automatisierten Ablauf,
- Verringert den Einsatz von Bedienpersonal.
- Seitlich angeordnetes oder peripheres Modul
Der UIP400MTP kann außerhalb des Decks aufgestellt, aber über Roboter-Bahnplaner (Plattenstapler oder Schnittstellen für Plattenstapel) angebunden werden.Zu den Vorteilen gehören hier:
- Klare Trennung der Beschallung (mögliche Geräusche/Vibrationen) vom Hauptdeck,
- Einfachere Einhausung für Sicherheit und Schwingungsisolierung,
- Flexible Bahnplanung mit Plattenstaplersystemen.
Vorteile der Automatisierung im Detail
Steigerung des Probendurchsatzes
Die gleichzeitige Beschallung ganzer Platten verkürzt die Verarbeitungszeit pro Platte erheblich gegenüber dem sequenziellen Eintauchen einer Sonotrode. Bei großen Probenchargen reduziert dies Engpässe in Arbeitsabläufen wie der Vorbereitung von NGS-Bibliotheken, der Proteinextraktion oder der Metabolomik.
Reproduzierbarkeit und Gleichmäßigkeit
Der UIP400MTP wurde dafür entwickelt, nahezu identische Energie auf alle Wells zu übertragen, und verbessert die Vergleichbarkeit zwischen den Wells erheblich. Die Gleichmäßigkeit lässt sich mit standardisierten Tests nachweisen (z. B. Aluminiumfolienerosion und Emulsionserkennung).
Skalierbarkeit und Flexibilität
Da sich verschiedene Multiwellformate mit demselben Gerät beschallen lassen, können automatisierte Prozesse von 96 auf 1536 Wells skaliert werden, ohne die Geräte oder Handhabungsabläufe zu ändern.
Geringere Kosten für Verbrauchsmaterialien
Die Verwendung standardmäßiger Laborplatten ohne proprietäre Verbrauchsmaterialien minimiert die Betriebskosten – ein erheblicher Vorteil bei der Skalierung automatisierter Systeme.
Verbesserte Prozesskontrolle
Mit programmierbaren Parametern für Amplitude, Dauer und Temperatur können Labore definierte Protokolle erstellen, die sich in automatisierte Routinen einfügen. Die automatisierte Protokollierung dient dabei der Prozessverifizierung und Qualitätskontrolle.
Der UIP400MTP unterstützt automatisierte Arbeitsabläufe in Bereichen wie:
- Zelllyse mit hohem Probendurchsatz zur Probenvorbereitung für Genomik oder Proteomik,
- DNA/RNA-Fragmentierung in NGS-Arbeitsabläufen,
- Proteinextraktion für Massenspektrometrie oder Immunoassays,
- Assay-Miniaturisierung (z. B. Vorbereitung von PCR- oder ELISA-Platten),
- Zellablösung oder Homogenisierung in mikrobiologischen und zellbiologischen Arbeitsabläufen.
Integration des UIP400MTP – von nahtloser Netzwerkanbindung bis zum robotergestützten Liquid Handling
Das Ultraschallgerät für mehrere Platten von Hielscher lässt sich einfach mit Laborsoftware verbinden und reibungslos in automatisierte Systeme integrieren. Von der digitalen Steuerung bis zum robotergestützten Liquid Handling fügt sich der UIP400MTP mühelos in moderne Laborabläufe ein – und hilft dabei, Prozesse zu vereinfachen, die Reproduzierbarkeit zu verbessern und die Leistungsfähigkeit von Assays zu steigern.
Entwicklung, Fertigung und Beratung – Qualität Made in Germany
Ultraschallgeräte von Hielscher sind für ihre höchsten Qualitäts- und Konstruktionsstandards bekannt. Robustheit und einfache Bedienung ermöglichen die reibungslose Integration unserer Ultraschallgeräte in industrielle Anlagen. Ultraschallgeräte von Hielscher bewältigen raue Bedingungen und anspruchsvolle Umgebungen problemlos.
Hielscher Ultrasonics ist ein ISO-zertifiziertes Unternehmen und legt besonderen Wert auf leistungsstarke Ultraschallgeräte mit modernster Technologie und hoher Benutzerfreundlichkeit. Selbstverständlich sind Ultraschallgeräte von Hielscher CE-konform und erfüllen die Anforderungen von UL, CSA und RoHs.
Literatur / Referenzen
- FactSheet UIP400MTP Multi-well Plate Sonicator – Non-Contact Sonicator – Hielscher Ultrasonics
- Lauren E. Cruchley-Fuge, Martin R. Jones, Ossama Edbali, Gavin R. Lloyd, Ralf J. M. Weber, Andrew D. Southam, Mark R. Viant (2024): Automated extraction of adherent cell lines from 24-well and 96-well plates for multi-omics analysis using the Hielscher UIP400MTP sonicator and Beckman Coulter i7 liquid handling workstation. Metabomeeting 2024, University of Liverpool, 26-28th November 2024.
- Qiyun Liang, Christoph Ratzke (2025): Lysing diverse bacteria with the Hielscher UIP400MTP for DNA sequencing. Protocol Uni Tübingen 2025.
- Dreyer J., Ricci G., van den Berg J., Bhardwaj V., Funk J., Armstrong C., van Batenburg V., Sine C., VanInsberghe M.A., Marsman R., Mandemaker I.K., di Sanzo S., Costantini J., Manzo S.G., Biran A., Burny C., Völker-Albert M., Groth A., Spencer S.L., van Oudenaarden A., Mattiroli F. (2024): Acute multi-level response to defective de novo chromatin assembly in S-phase. Molecular Cell 2024.
- Cosenza-Contreras M, Seredynska A, Vogele D, Pinter N, Brombacher E, Cueto RF, Dinh TJ, Bernhard P, Rogg M, Liu J, Willems P, Stael S, Huesgen PF, Kuehn EW, Kreutz C, Schell C, Schilling O. (2024): TermineR: Extracting information on endogenous proteolytic processing from shotgun proteomics data. Proteomics. 2024.
- Wang Y., Joshu C.E., Curtis S.D., Douville C., Burk V.A., Ru M., Popoli M., Ptak J., Dobbyn L., Silliman N., Coresh J., Boerwinkle E., Prizment A., Bettegowda C., Kinzler K.W., Papadopoulos N., Platz E.A., Vogelstein B. (2025): Detection of cancers three years prior to diagnosis using plasma cell-free DNA. Cancer Discovery 2025 May.
Häufig gestellte Fragen
Was sind automatisierte Liquid-Handling-Systeme?
Automatisierte Liquid-Handling-Systeme sind robotergestützte Laborgeräte, die präzise Flüssigkeitsvolumina ohne manuelles Pipettieren ansaugen, dosieren und übertragen. Sie dienen zur Automatisierung wiederkehrender Laboraufgaben wie Probenvorbereitung, Reagenzienzugabe, Verdünnung und Assay-Vorbereitung. Diese Systeme verbessern Reproduzierbarkeit, Probendurchsatz und Genauigkeit und reduzieren gleichzeitig menschliche Fehler und Arbeitsaufwand. Sie bestehen typischerweise aus programmierbaren Roboterarmen, Pipettiermodulen, Liquid-Handling-Software und Deckpositionen für Laborgefäße und Zubehör wie Platten, Röhrchen und Reservoirs.
Was sind Hotels in Liquid Handlern?
Hotels in Liquid Handlern sind Speichermodule, die in automatisierte Liquid-Handling-Plattformen integriert sind und Stapel von Laborgefäßen und Zubehör wie Mikrotiterplatten, Pipettenspitzen-Racks oder Reservoirs aufnehmen. Sie ermöglichen das automatisierte Laden und Entladen von Verbrauchsmaterialien bei langen Arbeitsabläufen oder solchen mit hohem Probendurchsatz. Hotels erhöhen die Betriebsautonomie, indem sie dem System erlauben, nacheinander auf mehrere Platten oder Pipettenspitzen-Racks zuzugreifen, ohne dass ein menschlicher Eingriff erforderlich ist.
Was sind Arbeitszellen in Liquid-Handling-Systemen?
Arbeitszellen in Liquid-Handling-Systemen sind integrierte Automatisierungsumgebungen, die mehrere Laborgeräte um einen Liquid-Handling-Roboter herum kombinieren, um komplexe Arbeitsabläufe auszuführen. Eine Arbeitszelle kann Geräte wie Plattenlesegeräte, Inkubatoren, Zentrifugen, Plattenversiegler, Barcodescanner und Roboterarme umfassen, die Laborgefäße und Zubehör zwischen den Geräten transportieren. Diese Konfiguration ermöglicht die automatische Durchführung mehrerer experimenteller Schritte innerhalb eines koordinierten Systems.
Welche Arten automatisierter Liquid-Handling-Systeme gibt es?
Verschiedene Arten automatisierter Liquid-Handling-Systeme werden im Allgemeinen anhand ihrer Pipettiermechanismen und des Anwendungsmaßstabs klassifiziert. Zu den gängigen Arten gehören Liquid Handler mit Pipettenspitzen, die Einweg-Pipettenspitzen für hohe Präzision und Kontaminationskontrolle verwenden, akustische Liquid Handler, die Nanolitertröpfchen mithilfe von Schallwellen ohne physischen Kontakt übertragen, sowie Pin-Tools oder Systeme mit festen Pipettenspitzen, die für die schnelle Plattenreplikation und das Hochdurchsatz-Screening ausgelegt sind. Die Systeme können sich auch im Probendurchsatz unterscheiden und reichen von kleinen Tischgeräten für routinemäßige Laboraufgaben bis hin zu großen integrierten Plattformen für Screening und Diagnostik im industriellen Maßstab.
Hielscher Ultrasonics fertigt leistungsstarke Ultraschallhomogenisatoren in Größen vom Laborformat bis zur Industriegröße.