Robotische Probenlader für die automatisierte Handhabung von Objektträgern

Die Konfiguration für 160 Objektträger ist für Standard-Mikroskopobjektträger im Format 76 × 26 × 1 mm ausgelegt. Jeder Halter nimmt vier Objektträger auf, und zwei Magazine fassen jeweils 20 Halter, was die volle Batch-Kapazität von 160 Objektträgern ergibt. Die 80-Objektträger-Konfiguration nutzt dieselbe Anordnung mit zwei Magazinen, nimmt jedoch in jedem Halter zwei Objektträger im Format 76 × 50 × 1 mm auf. Beide Konfigurationen behalten somit denselben Workflow für Halter und Magazine bei, während sich die Probendichte ändert. Die Auswahl sollte sich daher nicht allein an der Kapazität orientieren, sondern an den tatsächlichen Abmessungen des Objektträgers einschließlich Etiketten, Deckgläsern und Halterungen; die mechanische Passung sollte während der Systemintegration geprüft werden.

Jeder Objektträger bleibt während des gesamten Lade-, Scan- und Entladevorgangs in einem dafür vorgesehenen Halter sicher fixiert. Der Robotikmechanismus bewegt den kompletten Halter, anstatt die einzelnen Glasobjektträger direkt zu greifen, sodass bewegliche Komponenten nicht mit den Objektträgeroberflächen in Kontakt kommen. Ein Haltemechanismus im Inneren jedes Magazins hält beladene Halter sicher in Position, wenn das Magazin zwischen Labortisch und Lader bewegt wird. Integrierte Sensoren überwachen den Beladeablauf und können der Steuerungssoftware Informationen über den Systemstatus liefern. Eine optionale Assistenzplattform erleichtert das manuelle Einlegen und Entnehmen der Objektträger in die bzw. aus den Haltern während der Laborvorbereitung.

Der robotische Beladevorgang dauert 10 Sekunden pro Halter, mit LED-Vorschau erhöht sich die Zeit auf 15 Sekunden. Ein typischer Bildgebungszyklus für einen Bereich von 15 × 15 mm bei 20-facher Vergrößerung liegt in der Regel unter 60 Sekunden. Der Gesamtdurchsatz hängt außerdem von Belichtungszeit, Bildgebungskanälen, Autofokus-Routinen, Kachelüberlappung, Kameraauslesung und Datenverarbeitung ab. Systementwickler sollten daher die robotische Transferzeit und die Bildaufnahmezeit separat berechnen, bevor sie die Anzahl der Objektträger pro Stunde abschätzen. Obwohl die Vorschau den Beladevorgang um fünf Sekunden verlängert, kann sie die nachfolgende Aufnahmezeit verkürzen, wenn nur ausgewählte Bereiche mit hoher Auflösung gescannt werden müssen.

Der Lader kann mit den Plattformen OpenStand, Leica DM6, Nikon Ni, Olympus BX63 und Zeiss AxioImager2 konfiguriert werden. Die entscheidende mechanische Voraussetzung ist ein fester Tisch oder ein Mikroskop, das für das Laden und Entladen zuverlässig in eine definierte Z-Position zurückkehren kann. Andere Mikroskopkonfigurationen sind möglicherweise ebenfalls realisierbar, erfordern jedoch eine anwendungsspezifische mechanische und steuerungstechnische Bewertung. Bei der Integrationsarbeit sollten Ladeposition, Tischweg, Freiraum für die Objektive, Fokusposition und der verfügbare Platz um den Mikroskoprahmen geprüft werden. Ein kompatibles Mikroskopmodell allein ersetzt nicht die Validierung der vollständigen optischen, mechanischen und softwareseitigen Konfiguration.

Der robotische Probenlader SL160 verwendet ProScan-Steuerungen und wird mit einem offenen Software Development Kit geliefert. Die Host-Anwendung muss Halterauswahl, robotischen Transfer, Tischbewegung, optionale Vorschau und die anschließende Bildgebungssequenz koordinieren. Integrierte Sensoren und Encoder liefern Informationen, die zur Überwachung von Bewegung und Ladestatus genutzt werden können. Das SDK unterstützt die Systemintegration, doch der endgültige Workflow, die Benutzeroberfläche, die Bildaufnahme und die anwendungsspezifische Fehlerbehandlung müssen weiterhin im Gesamtsystem implementiert werden. OEM-Teams sollten daher Software-Inbetriebnahme und Tests von Ausnahmesituationen in den Integrationsplan aufnehmen, statt den Lader als eigenständigen Objektträgerscanner zu betrachten.

Der Tisch bietet eine mittlere unidirektionale Wiederholgenauigkeit von ±0,2 µm und eine minimale Schrittgröße von 40 nm beziehungsweise 20 nm mit der optionalen Kugelgewindespindel mit 1 mm Steigung. Die empfohlene Verfahrgeschwindigkeit beträgt 40 mm/s mit der Standardspindel und 20 mm/s mit der Version mit 1 mm Steigung; die maximalen Geschwindigkeiten liegen bei 100 mm/s beziehungsweise 50 mm/s. Die metrische Genauigkeit ist mit 0,2 µm/mm spezifiziert, optionale Encoder bieten eine Auflösung von 100 nm. Diese Werte unterstützen eng beieinanderliegende Positionierungen für gekachelte Aufnahmen, die endgültige Bildregistrierung hängt jedoch auch von Optik, Kamerakalibrierung, Fokusstabilität und Steuerungssoftware ab. Die stitching-basierte Bildzusammensetzung sollte daher mit der vorgesehenen Vergrößerung und dem vorgesehenen Probentyp getestet werden.

Die vollständigen Abmessungen des Laders betragen 850 × 650 × 710 mm in Breite, Länge und Höhe. Die separat angegebenen Massen liegen bei etwa 41 kg für die Basiseinheit, 33 kg für die Abdeckungen, 4 kg für den Tisch und 11 kg für OpenStand. Wenn alle vier aufgeführten Komponenten vorhanden sind, beträgt ihre Gesamtmasse vor dem Hinzufügen von Kameras, Beleuchtungseinheiten und weiterem Zubehör etwa 89 kg. Der Trag- oder Labortisch sollte daher sowohl auf die statische Last als auch auf die für den Bildgebungsprozess erforderliche Positionierstabilität ausgelegt sein. Zusätzlich sollte Platz für das Beladen der Magazine, das Anschließen von Kabeln, Wartungsarbeiten an den Abdeckungen und die Integration des ausgewählten Mikroskops eingeplant werden, da keine Einbauraummaße für die Installation definiert sind.