Laborautomatisierung: Ein praktischer Leitfaden für automatisierte Labor-Workflows

Vielleicht sieht Ihre Woche so aus: Sie kopieren eine Proben-ID von einer Tabelle in die nächste, prüfen, ob die Ethanol-Bestellung raus ist, und schreiben drei E-Mails, um zu fragen, wer gerade für die Zentrifuge geschult ist. Das alles hat nichts mit Wissenschaft zu tun. Es kostet Sie Zeit, die Sie lieber anders nutzen würden.

Laborautomatisierung ist der Weg, wie Sie diese Zeit zurückgewinnen. Das muss nicht gleich Roboterarme und Investitionen in sechsstelliger Höhe bedeuten. Für die meisten Labore heißt es einfach, Software so einzurichten, dass Routineaufgaben von selbst erledigt werden: Bestandsbenachrichtigungen, die ausgelöst werden, bevor der Vorrat zur Neige geht, Datensätze, die sich beim Scannen eines Barcodes aktualisieren, und Sicherheitsdokumente, die sich automatisch dem richtigen Behälter zuordnen.

Dieser Leitfaden erläutert, was Laborautomatisierung wirklich bedeutet, wie automatisierte Labor-Workflows in der Forschung und Sicherheit in der Praxis aussehen, wie Integrationen diese erweitern und wo Automatisierung häufig scheitert. Die Beispiele stammen von SciSure, die Prinzipien lassen sich jedoch auf jede Plattform übertragen.

In diesem Leitfaden behandeln wir:

• Was Laborautomatisierung bedeutet (und die zwei Arten, die oft verwechselt werden)
• Was sich durch Automatisierung verändert
• Automatisierte Labor-Workflows in der Forschung
• Automatisierte Workflows in Sicherheit und Compliance
• Verbindung von automatisierten Laborinstrumenten und Software
• Erste Schritte
• Wo Laborautomatisierung schiefgehen kann

Was ist Laborautomatisierung?

Laborautomatisierung ist der Einsatz von Technologie, um Laboraufgaben mit weniger manuellem Aufwand zu erledigen. Das umfasst ein breites Spektrum, daher ist es hilfreich, es in zwei Bereiche zu unterteilen.

Die meisten Beiträge über Laborautomatisierung konzentrieren sich auf den ersten Bereich und lassen den zweiten aus. Für die Mehrheit der Forschungslabore ist das jedoch der falsche Ansatz. Wenn Ihr Proben liegen in einem Gefrierschrank und Ihr Inventar wird in einer drei Wochen alten Tabelle geführt, dann hilft Ihnen ein Liquid-Handler nicht weiter – wohl aber das Schließen dieser Lücke.

Beides lässt sich auch kombinieren. Das klinische Testlabor der Boston University setzte auf Robotik und die Verarbeitung großer Probenmengen. Dabei nutzten sie die API von SciSure in Verbindung mit zwei Integrationen für elektronische Patientenakten, um die Datenverarbeitung im gleichen Tempo zu halten. Hardware und Dokumentationssystem müssen Schritt halten, sonst verlagert sich der Engpass nur.

Was ändert sich wirklich durch Automatisierung?

Die ehrliche Antwort lautet: Das hängt stark vom jeweiligen Labor ab. SciSure hat durchschnittliche Workflow-Daten von über 30 Organisationen veröffentlicht, die die Plattform nutzen. Der Vergleich von Vorher- und Nachher-Zustand zeigt ein Muster, das so konsistent ist, dass es als Orientierung dienen kann:

Die Ergebnisse variieren individuell und stammen von Organisationen, die sich bereits dazu entschlossen hatten, ihre Daten zentral zu erfassen. Die größten Fortschritte erzielt man bei Aufgaben, die niemand gerne macht und die jeder aufschiebt. 45 Unterbrechungen weniger pro Woche bedeuten 45-mal weniger Konzentrationsverlust, weil jemand eine Frage beantworten muss, die das System längst hätte klären können.

Die vollständige Analyse finden Sie unter wie über 30 Labore ihre Effizienz mit SciSure gesteigert haben.

Neben Zeitgewinn erhalten Sie Konsistenz. Automatisierte Datensätze enthalten Zeitstempel, Benutzerzuordnungen und Versionsverläufe, ohne dass jemand manuell daran denken muss. Das ist der Unterschied zwischen dem mühsamen Rekonstruieren von Ereignissen vor sechs Monaten und dem einfachen Nachschlagen.

Automatisierte Labor-Workflows in der Forschung

Um Ihnen zu verdeutlichen, wie das in der Praxis aussieht, zeigen wir Ihnen hier, wie Automatisierung in einer typischen Forschungswoche mit SciSure Research (ELN und LIMS) funktioniert.

Auslöser, Bedingungen und Aktionen

Automatisierungen in SciSure folgen immer demselben Prinzip: Ein Auslöser wird aktiviert, Bedingungen werden geprüft, eine Aktion wird ausgeführt.

Auslöser können ereignisbasiert sein, wie das Erstellen, Archivieren oder Löschen eines Datensatzes oder die Änderung eines Feldwerts. Oder zeitbasiert, wie ein festgelegtes Datum, ein Zeitraum vor einem Ablaufdatum oder ein Zeitraum nach einem Fälligkeitsdatum. Bedingungen unterstützen UND- sowie ODER-Logik, damit Sie genau festlegen können, welche Datensätze qualifiziert sind.

Aktionen können eine E-Mail versenden, eine Aufgabe in SciSure erstellen oder eine Webhook-Nutzlast an ein anderes System senden. Intelligente Werte übernehmen Details aus dem Datensatz in die Nachricht, sodass die E-Mail genau angibt, welche Probe sich in welchem Gefrierschrank befindet und wem sie gehört, anstatt nur allgemein mitzuteilen, dass „ein Element Aufmerksamkeit erfordert“.

Einige Dinge, die Labore direkt am ersten Tag einrichten:

• Eine Erinnerung sieben Tage vor Ablauf eines Reagenzes, die an den jeweiligen Besitzer gesendet wird
• Eine automatisch erstellte Aufgabe, wenn ein Experiment zur Zeugenunterschrift zugewiesen wird
• Ein Webhook, der Warnmeldungen bei niedrigem Lagerbestand in einen Slack- oder Teams-Kanal postet, den Ihr Einkaufsteam bereits überwacht
• Eine geplante Benachrichtigung, die alle im nächsten Monat ablaufenden Proben in einer einzigen E-Mail zusammenfasst, anstatt dreißig separate E-Mails zu versenden

Inventar, das sich selbst verwaltet

Legen Sie einen Mengenschwellenwert für eine Probe oder ein Reagenz fest, und SciSure kann den Besitzer benachrichtigen, den verknüpften Katalogartikel zur Einkaufsliste hinzufügen oder beides. Lager- und Ablaufdaten steuern Warnungen, Suchen, Berichte und geplante Erinnerungen, damit Materialien verwendet werden, bevor sie zu Abfall werden.

Das Barcode-Scannen deckt die physische Seite ab. Proben, Serien, Fächer, Lagereinheiten und Geräte können gescannt werden. Mit der mobilen App können Sie Datensätze direkt am Gefrierschrank anzeigen, verschieben, aktualisieren, archivieren, ein- oder auschecken, anstatt sich Notizen auf den Handschuh zu machen und diese später abzutippen.

Protokolle, die rechnen

Protokolle in SciSure unterstützen dynamische Variablen und Formeln. Geben Sie Ihr Startvolumen ein, und das Protokoll passt die Mengen für die restlichen Schritte automatisch an, was eine häufige Fehlerquelle bei der manuellen Übertragung eliminiert. Fügen Sie eine Protokollversion als Verfahrensabschnitt in ein Experiment ein, und Sie erhalten die exakten Schritte, die an diesem Tag befolgt wurden, direkt verknüpft mit dem Experimentdatensatz.

Es gibt außerdem einen KI-Protokoll-Generator , der eine SOP aus einer Eingabeaufforderung entwirft. Nützlich als Ausgangspunkt, erfordert jedoch die Überprüfung durch eine qualifizierte Person, bevor sie angewendet wird. Geben Sie keine sensiblen Daten ein.

Massenoperationen

Beispiel-Batch-Import und Beispiel-Batch-Update ermöglichen wiederkehrende Importe und Massenbearbeitungen. Das ist besonders hilfreich, wenn Sie den Datensatz eines Mitarbeiters importieren oder eine Namenskonvention über vierhundert Datensätze hinweg korrigieren müssen. Erweiterte Suchfilter nach Probentyp, Standort, Ablaufdatum, übergeordnetem Element, verknüpftem Experiment und benutzerdefinierten Feldern – inklusive gespeicherter Kriterien und Excel-Export.

Anbindung automatisierter Laborgeräte und Software

Automatisierung endet oft an den Systemgrenzen. Wenn beispielsweise Ihr Plattenlesegerät Daten auf ein Netzlaufwerk schreibt und Ihr Scanner in einen lokalen Ordner, muss jemand die Daten manuell zusammenführen. Integrationen schließen diese Lücke und sorgen dafür, dass automatisierte Laborgeräte direkt die Datensätze speisen, mit denen Ihr Team täglich arbeitet. SciSure bietet über 40 vorgefertigte Add-ons in seinem Marketplace sowie eine offene API und ein SDK für individuelle Anpassungen.

Hier erfahren Sie, wie diese Tools automatisierte Labor-Workflows unterstützen.

Probendaten ohne manuelle Eingabe erfassen

VisionMate HSX und RackScan lesen ganze Racks mit Barcode-Röhrchen auf einmal ein, sodass aus einer zwanzigminütigen Erfassung ein einziger Scanvorgang wird. BioMicroLab-Scanner decken ähnliche Anforderungen ab. „Scan to ELN“ und „Barcode Automation“ unterstützen Workflows für Einzelproben und erstellen Etiketten über Zebra ZPL- oder DYMO LabelWriter 550-Drucker.

Geräte- und Bildgebungsdaten.

‍Nikon NIS-Elements tauscht Daten und Notizen direkt mit dem ELN aus, damit Bilder direkt dem Experiment zugeordnet werden und nicht in einem Ordner vom letzten Dienstag landen. Elemental Machines und Eppendorf VisioNize Sense integrieren die Überwachung von Umgebung und Geräten in dasselbe System – so erfahren Sie von Temperaturschwankungen im Gefrierschrank, bevor die Proben Schaden nehmen. Für automatisierte Laborgeräte ohne vorgefertigtes Add-on ist die offene API der richtige Weg: Sie wurde beispielsweise von der Boston University genutzt, um ihren Test-Workflow mit zwei elektronischen Patientenakten-Systemen zu verbinden.

Protokolle und Analysen

‍Protocols.io importiert veröffentlichte Protokolle direkt in das ELN. DataChaperone führt prüfungsreife Datenanalysen direkt im Notizbuch durch, anstatt in einem separaten Tool mit zusätzlichem Export-Schritt. DMPTool verwaltet Datenmanagementpläne am selben Ort wie die zugehörige Forschung.

Dateien und Nachrichten

Anbindungen an Box, Dropbox und Google Drive decken Cloud-Dateien ab. Webhooks senden Benachrichtigungen an Slack und Microsoft Teams, damit die Meldung dort ankommt, wo die Nutzer bereits arbeiten.

Individuelle Anpassungen

‍Die offene API und das SDK ermöglichen Geräteanbindungen, automatisierte Berichterstattung und die Synchronisierung mit Ihren bestehenden Systemen.

Bitte beachten Sie: Einige Add-ons sind kostenlos, andere kostenpflichtig, und für einige sind kompatible Hardware oder lokale Treiber erforderlich. Die Verfügbarkeit hängt zudem von Ihrer Bereitstellung und den lizenzierten Modulen ab. Prüfen Sie daher, welche Funktionen in Ihrer Instanz aktiviert sind, bevor Sie darauf aufbauende Prozesse planen.

So gelingt der Einstieg in die Laborautomatisierung

• Identifizieren Sie die Aufgabe, über die sich die Leute am meisten beschweren.‍
  Nicht die größte Aufgabe, sondern die nervigste. Repetitive, anspruchslose und häufige Aufgaben sind der ideale Ausgangspunkt. Wenn drei Leute jeden Monat denselben Abgleich erwähnen, fangen Sie dort an.‍
• Bereinigen Sie die Daten, bevor Sie sie automatisieren.
  Automatisierung bei unordentlichen Datensätzen führt zu überzeugenden, schnellen und falschen Ergebnissen. Bringen Sie zuerst Bezeichnungen, Speicherorte und Zuständigkeiten in Ordnung. Das ist der Schritt, den jeder überspringen will, aber niemand sollte.‍
• Automatisieren Sie einen Workflow von Anfang bis Ende.
  Ein einziger vollständiger Workflow ist besser als fünf halb konfigurierte. Sorgen Sie dafür, dass Auslöser, Bedingungen, Aktion und der Empfänger reibungslos funktionieren, bevor Sie weitermachen.‍
• Beobachten Sie zwei Wochen lang, wie es funktioniert.
  Benachrichtigungsmüdigkeit ist ein echtes Problem. Wenn ein Alarm so oft ausgelöst wird, dass er ignoriert wird, sollten Sie die Bedingungen verschärfen, anstatt ihn als bloßes Rauschen hinzunehmen.
• ‍Dokumentieren Sie die Konfiguration.
  Die Person, die Ihre Automatisierungen eingerichtet hat, wird irgendwann in den Urlaub gehen, das Team wechseln oder das Unternehmen verlassen. Eine interne Dokumentation stellt sicher, dass das System auch danach nutzbar bleibt.

Wo Laborautomatisierung scheitert

• ‍Die Automatisierung eines fehlerhaften Prozesses.
  Wenn Ihr Genehmigungsworkflow vier unnötige Schritte enthält, führt die Automatisierung lediglich dazu, dass diese vier unnötigen Schritte nun schneller ablaufen. Optimieren Sie zuerst den Prozess, dann automatisieren Sie ihn.
• ‍Zu viele Benachrichtigungen.
  Jeder Alarm konkurriert mit allen anderen. Ein Labor, das in der ersten Woche zwölf Erinnerungen automatisiert, hat in der sechsten Woche meist keine einzige effektive Erinnerung mehr. Seien Sie wählerisch bei dem, was wirklich die Aufmerksamkeit eines Mitarbeiters erfordert.‍
• Die Annahme, Automatisierung bedeute unbeaufsichtigten Betrieb.
  KI-extrahierte chemische Daten, automatisch zugeordnete Sicherheitsdokumente und generierte Protokollentwürfe müssen immer von einer qualifizierten Person überprüft werden. Automatisierung nimmt Ihnen das Tippen ab, nicht die Verantwortung. Validierung und Kontrolle bleiben bei Ihnen.

Routineaufgaben von Ihrem Schreibtisch schaffen

Bei der Laborautomatisierung geht es darum zu entscheiden, welche Teile Ihrer Woche keinen Menschen erfordern, und diese entsprechend zu organisieren. Beginnen Sie mit der lästigsten Aufgabe, bereinigen Sie die zugrunde liegenden Daten, automatisieren Sie einen Workflow ordnungsgemäß und lassen Sie die Ergebnisse für sich sprechen, wenn es um den nächsten Schritt geht.

Wenn Sie sehen möchten, wie das für ein Labor Ihrer Größe aussieht, vereinbaren Sie einen Rundgang und wir gehen Ihre tatsächlichen Workflows durch, anstatt eine allgemeine Demo zu zeigen.

FAQ

Was ist Laborautomatisierung?

‍Laborautomatisierung bezeichnet den Einsatz von Software und vernetzten Instrumenten, um Laboraufgaben mit weniger manuellem Aufwand zu erledigen. Sie umfasst sowohl die physische Automatisierung, wie Liquid-Handler und robotergestützte Probenhandhabung, als auch die Workflow-Automatisierung, wie automatische Bestandsmeldungen, Datensatzaktualisierungen, Schulungszuweisungen und Berichterstellung. Die meisten Labore erzielen schnellere Erfolge durch Workflow-Automatisierung, da diese Konfigurationszeit statt teurer Investitionsgüter und Stellfläche erfordert.

Was sind automatisierte Labor-Workflows?

‍Ein automatisierter Labor-Workflow ist eine Abfolge von Arbeitsschritten, die ohne manuelles Starten der einzelnen Phasen abläuft. In SciSure folgen Workflows dem Muster „Auslöser, Bedingung, Aktion“: Ein Ereignis tritt ein oder ein Datum wird erreicht, Bedingungen werden geprüft und eine Aktion wird ausgelöst, wie etwa eine E-Mail, eine Aufgabe oder ein Webhook zu einem anderen System. Typische Beispiele sind Ablaufbenachrichtigungen, Warnungen bei niedrigem Lagerbestand, Anfragen zur Zeugenunterschrift und geplante Inspektionen.

Braucht man Robotik, um ein Labor zu automatisieren?

‍Nein. Robotik eignet sich für repetitive Arbeiten mit hohem Durchsatz, doch ein Großteil der Ineffizienz im Labor liegt auf der Informationsebene: das Auffinden von Proben, die Aktualisierung des Inventars, das Nachverfolgen von Schulungsunterlagen oder das Zusammenstellen von Berichten. Softwarebasierte Workflow-Automatisierung löst diese Probleme ohne Hardware-Anschaffungen und ist in der Regel der richtige Ausgangspunkt für Labore.

Mit welchen automatisierten Laborgeräten kann SciSure verbunden werden?

‍SciSure lässt sich über Marketplace-Add-ons und die offene API mit Instrumenten verbinden. Vorgefertigte Add-ons decken Hochgeschwindigkeits-Barcode- und Rack-Reader ab, darunter VisionMate HSX, RackScan und BioMicroLab, Etikettendrucker von Zebra und DYMO, Nikon NIS-Elements für Mikroskopiedaten sowie Elemental Machines und Eppendorf VisioNize Sense für die Überwachung von Umgebungsbedingungen und Geräten. Instrumente ohne vorgefertigtes Add-on können über die offene API und das SDK angebunden werden. Einige Add-ons sind kostenpflichtig oder erfordern kompatible Hardware und lokale Treiber; prüfen Sie daher, was für Ihre Installation verfügbar ist.

Was ist eine Laborautomatisierungs-Workstation und bietet SciSure eine solche an?

‍Eine Laborautomatisierungs-Workstation ist ein integrierter Hardware-Arbeitsplatz, der Flüssigkeitshandhabung, Plattenbewegung und Detektion in einem einzigen System vereint. SciSure stellt keine Workstations her und verkauft diese auch nicht. SciSure ist die Software-Ebene, die diese Systeme ergänzt, indem sie Probendaten, Protokollversionen, Ergebnisse und Bestandsbewegungen erfasst, damit die von Ihrer Workstation generierten Daten nachvollziehbar und durchsuchbar bleiben. Labore kaufen die Workstation in der Regel bei einem Gerätehersteller und verbinden sie über die API mit SciSure.

Wie unterstützt Laborautomatisierung die Compliance?

‍Automatisierte Datensätze enthalten Zeitstempel, Benutzerzuordnungen und Versionsverläufe, ohne dass diese manuell hinzugefügt werden müssen. Dadurch wird die Vorbereitung auf Audits zu einer reinen Abrufaufgabe statt einer mühsamen Rekonstruktion. SciSure kann GLP-, GxP- und FDA 21 CFR Part 11-Workflows durch Signaturen, Zeugenunterschriften, gesperrte Datensätze, Audit-Logs und Versionierung unterstützen, sofern diese entsprechend konfiguriert sind. Die Software unterstützt die regelkonforme Nutzung, während die Verantwortung für Validierung, SOPs, Schulungen und Änderungskontrolle weiterhin bei Ihrer Organisation liegt.

Was sollte ein Labor zuerst automatisieren?

‍Beginnen Sie mit einer Aufgabe, die repetitiv, häufig und wenig komplex ist und über die sich das Team bereits beschwert. Bereinigen Sie zuerst die zugrunde liegenden Daten, denn Automatisierung auf Basis ungenauer Datensätze führt nur schneller zu falschen Ergebnissen. Konfigurieren Sie dann einen Workflow vollständig von Anfang bis Ende, anstatt mehrere nur teilweise, und überprüfen Sie ihn nach zwei Wochen, um sicherzustellen, dass die Benachrichtigungen auch wirklich hilfreich sind.