• automated liquid handling station
• liquid level detector
• liquid level sensing
• Masmec
• Orchestra Logic Programming
• Pipetting
• PLC

Nei principali laboratori di biologia, l’utilizzo di strumenti automatici per le analisi cliniche è ormai una consuetudine, merito delle grandi capacità diagnostiche di tali tecniche e della loro elevata accuratezza, garantita dall’automatizzazione nell’esecuzione dei vari protocolli standardizzati. Questo lavoro di tesi è stato svolto presso la società MASMEC (http://www.masmec.org/) di Modugno la quale in un progetto di ricerca ha messo a punto MASMED, un sistema robotizzato di liquid handling che esegue esami da laboratorio in maniera automatica (in particolar modo l’analisi mutazionale mediante sequenziamento). L’individuazione di metodi e dispositivi necessari per la sensorizzazione della stazione, al fine di ottimizzare il processo di dispensazione dei liquidi, rappresenta lo scopo di tale lavoro. L’operazione di base, compiuta da qualsiasi workstation di Liquid Handling, consiste nell’aspirazione di liquidi in quantità note dai pozzetti di una piastra e nella dispensazione in altri pozzetti; processo chiamato in gergo tecnico “suck and spit”. La Workstation in fase di sviluppo non presenta alcun controllo sull’esito di tale operazione, seppur un minimo errore, su un singolo passo dell’intero ciclo di lavoro, possa produrre la corruzione dei risultati. Il primo obbiettivo che tale lavoro si pone è scovare tali errori, al fine di evidenziarli e successivamente correggerli, automaticamente o con l’intervento di un operatore, garantendo così una maggior affidabilità dei test condotti. L’aspirazione dei liquidi avviene per mezzo di una pipetta, nella quale l’aumento del volume di una camera d’aspirazione crea la depressione necessaria a generare “l’effetto siringa”. Tale pipetta presenta alla sua estremità un puntale intercambiabile, le cui dimensioni sono correlate alla quantità di liquido da aspirare; per eliminare rischi di contaminazione, questo è sostituito in funzione del protocollo eseguito. Il puntale, al momento dell’aspirazione, dovrebbe essere posizionato sulla superficie del liquido e seguirla, man mano che questo è aspirato. Tale accorgimento viene adottato per evitare il fenomeno del carry-over (riporto), ossia del trascinamento involontario del liquido depositato all’esterno del puntale stesso. La rilevazione della superficie libera del liquido, al fine di pilotare automaticamente la discesa della pipetta verso la piastra, si presenta come una proprietà che deve caratterizzare la macchina. La ricerca di una strategia per ottenere tale informazione e l’implementazione della stessa, rappresenta il secondo obiettivo della tesi. Nel primo capitolo è descritta la stazione robotizzata, ponendo maggior attenzione sul modulo di suck and spit e sulla sua evoluzione progettuale. Il secondo capitolo mostra i principi fisici sfruttati dai vari sensori presenti sul mercato (capacitivo/conduttivo, ultrasonico, ottico, gravimetrico, pneumatico) con i relativi vantaggi e limiti. Per il sensore di pressione è condotta un’analisi qualitativa delle dinamiche e delle grandezze da misurare. Nel terzo capitolo è descritto il circuito elettronico progettato per il condizionamento e l’amplificazione del segnale proveniente dal sensore di pressione. L’allestimento della prima tipologia di esperimento, l’utilizzo dell’asse lineare per gli esperimenti più evoluti e risultati ottenuti sono stati discussi nel quarto capitolo. Il segnale analogico proveniente dall’amplificatore viene acquisito da un PLC (program Logic Controller), il quale lo converte in un segnale digitale e ne esegue l’elaborazione.
Il modo in cui vengono estratte le informazioni e il relativo software, sviluppato in ambiente Orchestra, sono descritti nel quinto capitolo. Nell’ultimo capitolo è mostrata l’efficienza e la ripetibilità dei risultati ottenuti e la possibilità di rendere il sistema più sofisticato con un controllo anti-gocciolamento.