Разработка оборудования для биомедицинских исследований

1. ООО «Тонкие системные технологии»
www.fine-systems.tech
г. Москва
2019 г.
Разработка оборудования для биомедицинских исследований

2. 2
Как читать документ
Структура
Документ объемный. Для упрощения работы основные положения
каждой части вынесены после слайда с заголовком. После
основных положений идет описание более подробно
Формат «презентации дан для удобства просмотра на экранах
стационарных и мобильных устройств, печати

3. 3
Оглавление
Что мы предлагаем
Зачем это надо делать
Как это должно происходить
Что в итоге
Почему так сложилось
Общие составляющие оборудования для биомедицинских исследований
Доступные технологии
Связанные области
Некоторые перспективные направления

4. 4
Что мы предлагаем

5. 5
Что мы предлагаем
Мы предлагаем:
- разработку;
Мы умеем разрабатывать новые устройства и технологии,
использовать новые методики и т.д.
- интеграцию и автоматизацию
Наша компания умеет создавать технические и технологические
системы на основе уже имеющегося в доступе оборудования
(есть в наличии или возможно приобрести)

6. 6
Что мы предлагаем
Разработка
Разработка:
- нестандартного оборудования для биомедицинских
исследований;
- нестандартное оборудование для проведения синтеза каких-
либо соединений, автоматизации процессов и подобных
задач;
- малые серии установок для проведения каких-либо процессов
(нет рыночной необходимости в большом их числе);
- оборудование для «массового» рынка аналитического
оборудования;
- оборудование для массового рынка. Например, устройства
для диагностики

7. 7
Разработка нестандартного оборудования для биомедицинских
исследований
Разработка нестандартного оборудования для биомедицинских
исследований подразумевает создание оборудования под
требования пользователя.
Это могут быть не представленные на рынке методы анализа, их
сочетания, автоматизация процесса работы под особенности
процесса в лаборатории пользователя и т.д.
Кроме того, это может быть изменение покупного оборудования
под необходимые методики и технологии работы.
Например, это интеграция имеющегося у пользователя
микроскопа со спектрометром, или добавление дополнительных
методик для ридеров планшетов, интеграция цитометров со
спектрометрами.
Что мы предлагаем
Разработка

8. 8
Разработка нестандартного оборудования для проведения
синтеза каких-либо соединений, автоматизация процессов и
подобных задач
Разработка нестандартного оборудования для проведения
синтеза подразумевает автоматизацию всех процессов,
необходимых для синтеза необходимого соединения. Это может
быть как оборудование с узкой специализаций, так и некоторое
настраиваемое по параметром устройство.
Возможна автоматизация отдельных рутинных процессов или
повторяющихся действий. Это может понадобиться в ситуациях,
когда на рынке не представлено необходимое оборудование.
Что мы предлагаем
Разработка

9. 9
Разработка малых серий установок для проведения каких-либо
процессов
В некоторых случаях рынок каких-либо устройств измеряется
штуками. Для этого случая возможно создание устройств и их
последующая поддержка.
Это могут быть устройства для проведения исследований,
синтеза, автоматизации рутинных процессов. Но с общей
идеологией, поддержкой и принципами работы.
Это какие-либо уникальные установки (например, проведение
специфических процессов), сопровождение уникальных установок
и прочее.
Что мы предлагаем
Разработка

10. 10
Разработка оборудования для «массового» рынка аналитического
оборудования
Здесь подразумевается создание оборудования для рынка
исследовательских и аналитических работ. Обычно один вид
оборудования на таком рынке редко производится более
нескольких десятков штук в год.
Это включает в себя:
- разработку необходимых принципов работы;
- разработку прототипов;
- разработку коммерческих версий приборов;
- производство коммерческих версий приборов;
- производство и последующую поддержку
Это могут быть какие-то устройства для биохимических
исследований, аналитические устройства, устройства для
синтеза
Что мы предлагаем
Разработка

11. 11
Разработка оборудования для массового рынка:
Разработка устройств для массового рынка редко предполагает
производство в РФ.
Это обычно:
- разработка и/или подтверждение принципа работы;
- создание прототипов;
- разработка предсерийного образца;
- подготовка к производству (необходимая документация,
сопровождение, авторский надзор и т.д.)
Это могут быть различные устройства для медицинской
диагностики, массовое аналитическое оборудование и т.д.
Что мы предлагаем
Разработка

12. 12
Интеграция и автоматизация:
В ряде случаев для создания новой системы достаточно
объединить различные устройства без создания новых методик.
Интеграция проводится во всех выше описанных случаях (т.к.
по большей части рационально использовать массово
производимые устройства с простыми функциями – насосы,
детекторы и т.д.).
Т.е. это ситуации когда «просто необходимо заставить это все
вместе работать». Обычно интеграцию не причисляют к
разработкам – выделено отдельно.
Что мы предлагаем
Интеграция

13. 13
Зачем это надо делать

14. 14
Зачем это надо делать
Зачем это делать:
- Проведение конкурентоспособных исследований;
- Вывод разработок на рынок;
- Автоматизация рутинных операций;
- Производство продуктов разработок (препараты и различные
соединения)

15. 15
Зачем это надо делать
Проведение конкурентоспособных исследований
Покупное оборудование не всегда позволяет конкурировать с
другими группами и компаниями. Т.к. закупить аналогичное
оборудование и проводить исследования в аналогичном
направлении могут и другие. Создание своего уникального
оборудования с набором методик, не представленных на рынке,
создание оборудования, работающего по другим методикам и
прочее позволит повысить конкурентоспособность, проводить
работы в других областях исследований.
Границы работы заложены производителями оборудования. Это
включает возможные режимы работы, наборы методик,
ограничения по используемым материалам и т.д. Создание своих
версий устройств с расширенными возможностями, добавление
новых устройств и методик позволит проводить более
конкурентоспособные исследования.
Это может быть и модификация уже приобретенных устройств для
расширения возможностей.

16. 16
Зачем это надо делать
Вывод разработок на рынок
Не все исследовательские группы заинтересованы в выводе
разработок на рынок. Это может быть из-за желания сохранить
эффективность в основной нише, нет необходимых навыков и
умений, отсутствуют необходимые контакты.
Разработка устройств по наработкам таких компаний позволит
вывести их разработки на рынок.
Например, это может быть создание аналитического
оборудования по какому-либо биохимическому процессу,
тиражирование уникального оборудования, использование
маркеров и т.д.
Автоматизация рутинных операций
В случае большого числа уникальных рутинных операций имеет
смысл их автоматизировать.

17. 17
Зачем это надо делать
Производство продуктов разработок
В некоторых случаях имеет смысл создавать автоматизированное
оборудование для производства продуктов разработок. Это
необходимо в тех случаях когда исследования и разработки не
приводят к необходимости создания какого-то продукта в
«железе».
Под этим подразумеваются устройства для автоматического
синтеза каких-либо соединений. Это может быть как полная
автоматизация процесса, так и работа с наиболее рутинными и
сложными операциями.
Продуктом в таком случае является само соединение или класс
соединений.

18. 18
Как это должно происходить

19. 19
Как это должно происходить
Процесс разработок выглядит следующим образом:
- проводится формализация требований, оценка рынка,
создание концепта; технического задания и т.д.
- проводится процесс разработок. В случае модернизации
существующего оборудования – в одну непрерывную стадию, в
случае нового оборудования – обычно итеративный процесс,
в случае сложных систем – несколько итераций по
разработке и интеграции отдельных частей в единое целое;
- подготовка к массовому производству (прототипы,
предсерийные образцы, постановка на производство и т.д.);
- последующая поддержка устройств (техническое
обслуживание, модернизация и т.д.)

20. 20
Что в итоге

21. 21
Что в итоге
В итоге:
- Модернизированное устройство;
- Новое устройство для вывода на рынок;
- Новое устройство для использования для исследований и
разработок;
- Устройство для синтеза какого-либо соединения
Т.е. общий итого – какое-либо устройство по поставленной
задаче или выявленной проблеме

22. 22
Почему так сложилось

23. 23
Почему так сложилось
Проблема
Из-за отсутствия взаимодействия в плане постановки задач на
разработку возникает замыкание групп в своих областях при
существующей необходимости в совместной работе.
P.S. Это не абсолютное утверждение, касается в основном
новых методов исследований и создания технологий
производства. Например, к сложившимся путям вывода
медицинских препаратов имеет косвенное отношение.

24. 24
Почему так сложилось
Области биохимии, биомедицины и связанные – «биохимия»:
- В основном работают с живыми системами или различными
биологическими объектами;
- Специализируются на своей нише. Как правило только в
общих чертах имеют представление о том как работает их
оборудование;
- Редко имеют специальные знания для формулирования задания
на разработку оборудования или самостоятельную его
разработку;
- Привыкли работать в парадигме покупного оборудования. Что
с одной стороны должно обеспечить воспроизводимость
результатов в разных группах, но с другой стороны не
позволяет выйти за пределы возможностей оборудования;
- Редко работают с объектами которые могут представлять
собой конечный продукт – нет прямых выходов на рынки;
- В силу отсутствия необходимости редко взаимодействуют с
инженерными командами в области разработки

25. 25
Почему так сложилось
Области разработок, инженерных и технологических работ –
«физика»
- В основном работают в области разработок оборудования и
физических процессов;
- Специализируются на своей нише. Понимают как работает
оборудование и как его разработать и сделать, но не имеют
специальных знаний для работы с биохимическими
процессами;
- Редко имеют специальные знания для формулирования задания
на разработку оборудования с точки зрения «биохимии»;
- Привыкли работать в парадигме разработок оборудования, но
часто не представляют для каких целей его необходимо
разрабатывать;
- Могут создать продукт для вывода на рынок или технологию
для создания продукта, но не имеют информации о
потенциальном рынке;
- В силу отсутствия необходимости редко взаимодействуют с
исследовательскими группами в области «биохимии»

26. 26
Общие составляющие оборудования для
биомедицинских исследований

27. 27
Общие составляющие оборудования
для биомедицинских исследования
Электроника
Управляющее программное
обеспечение
Пользовательское
программное обеспечение
Расходные материалы
Функциональная частьПредварительная подготовка Постобработка
Внешние устройства
Расходные материалы Расходные материалы
Внешние устройства
Практически любое
оборудование требует
предварительной подготовки
материалов. Оно включается в
какие-то «цепочки». Это
может быть другое
исследовательское и
аналитическое оборудование,
общелабораторное
оборудование и т.д.
Собственно разрабатываемое
оборудование. Кроме
основной функциональной
части самостоятельную
ценность могу представлять
клиентское программное
обеспечение (как
инструмент работы с
данными и обучающие
материалы), расходные
материалы
Оборудование может
быть включено в
какую-либо «цепочку»
на одной из стадий.
Материалы после
обработки могут быть
использованы в другом
оборудовании,
отправлены в архив,
переработаны и т.д.

28. 28
Общие составляющие устройств
для биомедицинских исследований
Функциональная часть может включать:
- флюидную систему;
- устройства для проведения процессов;
- устройства для аналитики и контроля;
- устройства для автоматизации операций
Обязательно такие устройства включают электронику,
управляющее программное обеспечение. Часто необходимо
пользовательское программное обеспечение. Могут понадобиться
расходные материалы, специфические для данного устройства.

29. 29
Функциональная часть
Общие составляющие
Устройства для проведения процессов
При работе с пробами и образцами требуется проведение
различных операций. Это могут быть операции смешения,
нагревания, охлаждения, разделения, промывки, удержания
(например, магнитных микросфер) и т.д. Это могут быть как
отельные устройства, так и объединенные в одном
микрофлюидном чипе.
Флюидная система
Большая часть процессов в биомедицинских приложениях
протекает в жидких средах. Т.е. жидкие пробы необходимо
перемещать, проводить операции очистки системы, вводить
разные реагенты, отбирать часть проб. В некоторых случаях
флюидная система выступает в качестве дозирующей
(дозирование по объёму). Флюидика включает в себя краны,
насосы (перистальтические, шприцевые и т.д.), соединительные
трубки, ёмкости и т.д.

30. 30
Функциональная часть
Общие составляющие
Устройства для автоматизации операций
Многие операции в таких устройствах требуют некоторого числа
рутинных операций, их повторения или параллельного
проведения. Для этого используются различные автоматические
системы, позволяющие их автоматизировать.
Устройства для аналитики и контроля
Для получения информации об создаваемом соединении или ходе
процесса необходимо устройство для аналитики и контроля. Это
могут быть устройства на различных оптических методиках
(оптическая микроскопия, пропускание, поглощение и рассеяние
света, различные виды спектроскопии и т.д.),
электрохимические методики (часто различные сложные молекулы
и частицы имеют собственный или поверхностный заряд),
ультразвук и т.д.
Такие устройства могут интегрироваться как отдельно, так и
быть часть других внутренних устройств, например,
микрофлюидных чипов.

31. 31
Электроника
Управляющая электроника
Для управления отдельными частями и обеспечения их
совместной работы, получения данных, поддержания
стабильности работы, обеспечения повторяемости,
взаимодействия с внешними устройствами необходима
управляющая электроника.
Это могут быть как отдельные устройства (управляющие
контроллеры), электроника для управления отдельными
подсистемами как самостоятельными блоками, так и управляющие
компьютеры, к которым подключены отдельные устройства.
Электроника может быть как покупная (универсальные
контроллеры и управляющие компьютеры), так и
специализированная, разработанная для определенных
процессов.
В любом случае, интеграция или разработка электроники
требует участия специалистов.

32. 32
Программное обеспечение
Программное обеспечение
Программное обеспечение для работы с различными устройствами
делится на управляющее и пользовательское программное
обеспечение.
Управляющее программное обеспечение используется для
обеспечения работы устройства, работы электроники, устройств
для обеспечения процессов и аналитики, взаимодействия с
другими устройствами.
Пользовательское программное обеспечение необходимо для
наблюдения за параметрами процессов, задания параметров
работы, получения и обработки данных с аналитических
устройств. Передачи данных для обработки во внешних
программных пакетах для работы с данными.

33. 33
Расходные материалы
Расходные материалы
Расходные материалы можно разделить на две большие группы^
- расходные материалы как устройства и части системы.
Например, микрофлюидные чипы и кюветы.
- различные биохимические и вспомогательные реактивы.
Например, реагенты для проведения ПЦР и полимерные
микросферы с магнитным ядром.
Расходные материалы бывают коммерчески доступны. В некоторых
случаях требуется их разработка. Например, специфические
микрофлюидные чипы, подложки для различных оптических
методик (SERS и подобное).
В некоторых случаях уместно использование модели, когда
оборудование идет по минимально возможной цене, а основный
доход идет за счет продажи расходных материалов.
Для разработки расходных реагентов требуется активное
участие биохимиков. Например, при разработке реактивов.

34. 34
Доступные технологии

35. 35
Доступные технологии для
разработки на настоящее время
На данный момент доступны технологии:
- технологии разработки электроники для устройств;
- технологии автоматизации работы устройств;
- технологии создания встроенного программного обеспечения для
устройств;
- технологии создания пользовательского программного обеспечения
для устройств;
- технологии создания различных методов анализа на основе
оптической спектроскопии. Это методики работы с
флюоресценцией, рамановским (КР) рассеянием, ИК, УФ
- технологии создания различных методов анализа на основе
методик поглощения/пропускания света, рассеяния света;
- технологии работы с рентгеновским излучением;
- технологии работы с оптической микроскопией и точной оптикой;
- технологии точного позиционирования устройств;
- технологии создания микрофлюидных чипов пригодных для
массового производства (пластик);
- технологии работы с источниками излучения (лазерное излучение,
плазменные источники излучения);
- технологии разработки устройств для обеспечения различных
процессов (нагревание, охлаждение, перемешивание и т.д.);
- технологии флюидики;
- технологии моделирования процессов;
- технологии проектирования устройств;
- технологии изготовления устройств;
- технологии интеграции

36. 36
Доступные технологии для
разработки на настоящее время
Технологии разработки электроники для устройств,
автоматизации, встроенного и пользовательского программного
обеспечения
На настоящее время отработаны технологии разработки
производства электроники и встроенного программного
обеспечения для различного аналитического оборудования. Это
взаимодействие с отдельными частями систем, управление
источниками излучения, детекторами, устройствами для
обеспечения процессов, взаимодействие с покупными изделиями,
интеграция взаимодействия с управляющей электроникой
различных устройств, автоматизация рутинных операций и т.д.
Основная специализация – электроника для различного
исследовательского оборудования. Включая оборудования для
биохимических исследований.
Т.е. разработка электроники, изготовление электроники (до
мелких серий) и т.д.
Пользовательское программное обеспечение создаётся для
управления устройствами, обработки данных, взаимодействия с
внешними устройствами (прием/передача полученных данных)

37. 37
Доступные технологии для
разработки на настоящее время
Технологии создания различных методов анализа на основе
оптических методик
Наработан огромный опыт создания аналитических устройств на
базе различных методик работы с излучением
Оптический диапазон – УФ, ИК, видимый диапазон.
Рентген – есть опыт работы с рентгеновским излучением.
Это создание устройств, включающих источники излучения,
детекторы, точки проведения анализа, необходимую оптику,
разработка оптических схем, разработка и изготовление
спектрометров по разным технологиям и для разных диапазонов.
Опыт работы с методиками микроскопии и спектроскопии
флуоресценции, рамановского (КР) рассеяния, ИК, УФ, оптико-
эмиссионной спектроскопии, поглощения/пропускания света,
рассеяния света.

38. 38
Доступные технологии для
разработки на настоящее время
Технологии микрофлюидики
Наработан опыт работы с микрофлюидными технологиями, это
технология полимерных микрофлюидных чипов пригодная для
массового производства (больше нескольких тысяч штук в
месяц). Чипы могу быть «пустыми», могут содержат, включенные
на производстве биохимические реактивы.
Наработан опыт интеграции чипов (создание «обвязки») с
аналитическим оборудованием (оптические методы анализа),
флюидикой, оборудованием для обеспечения процессов (нагрев,
охлаждение и прочее).

39. 39
Доступные технологии для
разработки на настоящее время
Технологии работы с оптической микроскопией и точной оптикой
Технологии работы с оптической микроскопией подразумевают
опыт работы с исследовательскими и индустриальными
микроскопами, наборами для разработки, интеграцию оптических
микроскопов с различными устройствами.
Это интеграция с источниками излучения, спектрометрами,
проточными ячейками, обвязкой микрофлюидных чипов, флюидикой
и прочее.
Наработан опыт модернизации микроскопов собственными
устройствами для позиционирования оптических элементов,
образцов и т.д.
Работа с точной оптикой подразумевает создание оптических
систем для прецизионных работ. Это включает работу с оптикой
высокого качества, создание точных оптических систем и т.д.

40. 40
Доступные технологии для
разработки на настоящее время
Технологии точного позиционирования устройств
Технология точного позиционирования устройств подразумевает
создание устройств для точного перемещения и удержания
различных компонентов с высокой точностью. Это доли микро
для механических устройств и несколько нанометров для
позиционирования образцов и точных инструментов.
Например, точное позиционирование оптических элементов и
устройств, перемещение механических частей и т.д.

41. 41
Доступные технологии для
разработки на настоящее время
Технологии работы с источниками излучения
Наработаны технологии работы с различными источниками
излучения. Это работа как с самими источниками излучения
(лазеры, плазменные источники излучения, рентгеновские
источники излучения, светодиоды и прочее), так и сбор
излучения, возникающего в ходе различных процессов.
Разработка необходимого оборудования для ввода и сбора
излучения, подготовки излучения и т.д.

42. 42
Доступные технологии для
разработки на настоящее время
Технологии разработки устройств для обеспечения различных
процессов
В некоторых случаях при создании различных систем нет
возможности приобрести подходящее оборудование. В этом
случае проводится его разработка. Такое оборудование может
быть полностью создано с «нуля» или собрано из покупных
устройств.
Например, создание различных термостатирующих устройств для
микрофлюидных чипов, разработка перемешивающих устройств,
интеграция с устройствами собственной разработки.

43. 43
Доступные технологии для
разработки на настоящее время
Технологии флюидики
Технологии флюидики подразумевают создание жидкостных и
пневматических систем для перемещения и дозирования
жидкостей. Например, для транспортировки жидкостей между
устройствами для проведения процессов, аналитическими
устройствами, микрофлюидными чипами.
Это интеграция в рамках единой системы насосов
(перистальтических, шприцевых, мембранных и т.п.), различных
типов управляемых клапанов, делителей потока и т.д.
Управление такими системами (разработка электроники), их
автоматизация и т.д.

44. 44
Доступные технологии для
разработки на настоящее время
Технологии моделирования процессов
Проводится моделирование оптических систем (спектрометры,
оптические компоненты и т.д.). При необходимости проводится
моделирование конструкций приборов, механических узлов и
т.д.
Совместно с партнёрами компании проводится численное
моделирование процессов. В основном это моделирование
процессов взаимодействия излучения с веществом. При
необходимости осуществляется моделирование других процессов.
Это течение жидкостей, тепловые процессы, смешение и т.д.

45. 45
Доступные технологии для
разработки на настоящее время
Технологии проектирования
Технологии проектирования устройств включают в себя:
- Сбор требований для формирования концепта устройства,
написания технического задания, проектирование верхнего
уровня (схемы деления, функциональные схемы и т.п.);
- Детальное проектирование. Включая технологии
твердотельного трехмерного моделирования, разработку
конструктивных решений, разработку технологических
решений, разработку электроники и т.д.
- Интеграцию в рамках единого устройства различных
подсистем. Например, электроники, оптики и флюидики;
- Итеративная разработка (проектирование-изготовление);
- Промышленный дизайн;
- Корпусирование;
- Разработка необходимой документации;
- Прочие необходимые операции

46. 46
Доступные технологии для
разработки на настоящее время
Технологии изготовления устройств
Наработан значительный опыт по изготовлению устройств
(вплоть до малых серий). Это изготовление прототипов,
предсерийных образцов и т.д.
Доступны (включая партнёрские компании) технологии
металлообработки, производства печатных плат, обработки и
изготовления деталей из полимеров, покраска, корпусирование,
нанесение надписей, сборка устройств, технологии полировки,
клеевые соединения и т.д.
Это позволяет производить полностью функциональные
устройства для дальнейших испытаний, проведения
сертификационных процедур, предоставления заказчикам и т.п.

47. 47
Доступные технологии для
разработки на настоящее время
Технологии интеграции
При необходимости осуществляется интеграция отдельных
устройств в единые системы. Отдельные подсистемы могут быть
представлены как разработанными устройствами, так и
покупными изделиями.
Интеграция может проводится в рамках подсистемы управляющей
электроники, флюидики, оптической подсистемы и т.д.
В результате интеграции обеспечивается совместная работа
отдельных устройств рамках единой системы.

48. 48
Связанные области

49. 49
Связанные области
Связанные области
Работа устройств для биомедицинских исследований может быть
основана на многих технологиях фотоники, микроэлектроники,
биохимии, химической технологии.
Комбинация различных методик позволяет использовать новые
методы работы, работать с ранее не использованными эффектами,
создавать различные устройства на основе технологий
литографии, использовать совместный эффект от сочетания
различных методик.

50. 50
Связанные области
Фотоника
Технологии фотоники необходимы для создания новых методов
анализа различных биологических объектов. Это особые
технологии спектроскопии и микроскопии, создание устройств на
основе технологий микроэлектроники и микрофлюидики, работа с
различными совмещенными технологиями (например, оптогенетика)
и т.д.
Особую роль играют системы, объединяющие объект исследований,
оптические маркеры (например, флюоресцентные метки),
детекторы.
Сюда можно отнести и технологии работы с различными
метаматериалами которые позволяют использовать нелинейные
свойства излучения для получения дополнительной информации об
объекте исследований.

51. 51
Связанные области
Микроэлектроника
Т.к. общераспространённые технологии микроэлектроники уже
позволяют делать размеры структур, сопоставимых с размерами
объектов в биохимии, то технологии литографии уже применимы
для:
- создания микрофлюидных чипов методами литографии;
- создание биочипов (массивы лунок или микрореакторов);
- создания различных микроустройств для анализа различными
методами. Пример на рынке – чипы Ion Torrent (Life
Technologies) где за счет дополнительных слоёв на обычном
CMOS сенсоре в массиве отдельных лунок проводят
регистрацию изменения кислотности при присоединении
отдельных нуклеотидов (электрохимические методики)

52. 52
Связанные области
Биохимия
Здесь подразумевается создание различных искусственных и
гибридных структур, без прямой копии в живых клетках.
Адаптация существующих механизмов под микроэлектронику и
различные методы анализа.
Например, это технологии работы с полимерными микросферами
(увеличение поверхности и перемещение в реакционном объёме).
Проведение реакций на поверхности, например, различные
технологии SERS.
Технологии интеграции различных биомолекул с
микроэлектронными устройствами и т.д. Например, интеграция
различных белковых комплексов из клеточных мембран с
микроэлектронными устройствами и т.д.

53. 53
Связанные области
Химическая технология и фармацевтика
Не все технологии синтеза различных химических и
фармацевтических соединений требуют «больших» установок или
крупных пилотных (полупромышленных) устройств. В некоторых
случаях это довольно компактные установки (уровня установки
на столы или в комнате лаборатории).
Эти технологии требуют управления процессами и оборудованием,
анализа, контроля и интеграции.
Частично эти технологии пересекаются с биотехнологиями,
многие подходы носят общий характер.

54. 54
Некоторые перспективные направления

55. 55
Некоторые перспективные
направления
Некоторые перспективные направления
К некоторым перспективным направлениям (как пример,
направлений больше) можно отнести:
- автоматизацию работы с клетками. Это использование
клеточных культур для тестирования фармацевтических
субстанций, модификацию клеток для задач генной инженерии
(автоматизация процесса электропорации и т.п.),
выращивание клеток в небольших количествах и т.д.
- синтез различных соединений для фармацевтики и
биохимических работ;
- автоматизация аналитического оборудования;
- автоматизация пробоподготовки;
- free-cell технологии;
- новые аналитические технологии и совершенствование
существующих;
- технологии оптической микроскопии/спектроскопии;
- «open source» технологии секвенирования ДНК и РНК (NGS);
- технологии синтеза ДНК и РНК, включая Next-Generation DNA
Synthesis;
- point-of-care;
- микрофлюидика;
- различные биочипы

56. 56
Некоторые перспективные
направления
Автоматизация работы с клетками (microfluidic cell culture)
Автоматизация работы с клетками, например, работа с
клеточными культурами в микрофлюидных устройствах. Это
выращивание клеточных культур, поддержание стабильных
условий, введение и изучение результата действия различных
соединений, накопление материала для дальнейшего посева,
визуализация процесса и результатов работы.
Другое направление – автоматизация рутинных операций по
работе с клетками и клеточными культурами, например,
автоматизация процесса электропорации, сортировки клеток
различными методами и т.д.

57. 57
Некоторые перспективные
направления
Синтез различных соединений для фармацевтики и биохимических
работ
Новое направление технологии – создание компактных установок
для синтеза фармацевтических соединений в небольших
количествах.
Здесь можно выделить два направления:
- Автоматический синтез одного соединения в небольших
количествах по одной технологии;
- Синтез нескольких соединений из «строительных блоков».
Технология каждый раз строится из различных процессов,
заложенных в устройстве.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29513400
http://news.mit.edu/2016/portable-pharmacy-on-demand-0331
http://science.sciencemag.org/content/352/6281/61

58. 58
Некоторые перспективные
направления
Автоматизация аналитического оборудования
Автоматизация аналитического оборудования используется для
проведения рутинных операций и обеспечения воспроизводимости
разовых операций. Сюда можно отнести:
- работу с большим количеством образцов, как разнообразных,
так и однотипных;
- работу с малыми объемами вещества, например, дорогими
реактивами;
- Установка оборудования с технологические линии
Кроме самого процесса анализа и контроля в таких устройствах
в них осуществляется очистка системы, калибровка, поддержание
рабочих условий и т.д. В некоторых случаях автоматическая
обработка результатов работы.

59. 59
Некоторые перспективные
направления
Автоматизация пробоподготовки
Пробоподготовка занимает значительную часть рабочего времени,
требует рутинных, повторяющихся операций, накладывает
требования к условиям и качеству работы (например,
загрязнение образцов).
Автоматизация пробоподготовки в некоторых случаях по уровню
сложности сопоставима с технологиями синтеза различных
соединений, аналитическими работами и т.д.
Во многих случаях требуется подготавливать большие серии
образцов.

60. 60
Некоторые перспективные
направления
Free-cell технологии
Free-cell – технологии синтеза различных соединений и
проведение различных операций вне живых клеток. Т.е. те
работы, которые ранее требовали использование отдельных
клеток или клеточных культур для работы. Это может быть
синтез различных белков (Cell-free protein production
system), синтез ДНК/РНК, различные ферментативные системы и
прочее. Эти процессы как могут повторят процессы в живых
клетках, так и быть полностью искусственными.
По большей части это обеспечение условий проведения каких-
либо биохимических реакций вне клеток, автоматизация рутинных
операций, анализ и контроль.
Например, многократные операции по введению реагентов и
последующей очистке при синтезе длинных цепей биополимеров.

61. 61
Некоторые перспективные
направления
Новые аналитические технологии и совершенствование
существующих
Уже появились новые технологии в биомедицинских
исследованиях, основанные на искусственных объектах
(например, полимерные микросферы с магнитными частицами) для
иммунологических методов анализа и проточной цитометрии.
Появляются различные технологии работы с единичными
молекулами различных биомолекул и т.д.
Т.е. требуется создание новых устройств и совершенствование
существующих для успешных работ.

62. 62
Некоторые перспективные
направления
Технологии оптической микроскопии/спектроскопии
Технологии оптической микроскопии и спектроскопии сейчас
переживают т.н. «второй рассвет». Развитие технологий оптики
(фотоники) и компьютерной обработки данных привели к
появлению области микроскопии сверхвысокого разрешения, что
открыло новые возможности для биомедицинских исследований.
Тут можно выделить возможность создания таких устройств по
существующим методикам, разработку новых устройств их
обслуживания, последующей подготовки к выводу на рынок.
Это работа с оптикой (например, конфокальные микроскопы),
источниками излучения, технологиями обработки изображений и
т.д.

63. 63
Некоторые перспективные
направления
«Open source» технологии секвенирования ДНК и РНК (NGS)
Большая часть технологий секвенирования ДНК и РНК основана на
оптических технологиях. По сути это специализированные
микроскопы для работы с биочипами или микрофлюидными чипами.
Такие устройства включают собственно чипы и флюидику для
проведения биохимических реакций и оптический микроскоп с
источниками излучения и высокочувствительной камерой для
регистрации изображений.
Т.к. большая часть технологий секвенирования NGS относится к
проприетарным в некоторых случаях для разработки собственных
методик работы и устройств, проведения экспериментов
требуется собственное конфигурируемое оборудование. Например,
создание своих условий работы, подключение спектрометров и
т.д.

64. 64
Некоторые перспективные
направления
Технологии синтеза ДНК и РНК, включая Next-Generation DNA
Synthesis
Относительно недавно в синтетической биологии начало
развиваться направление технологий синтеза ДНК и РНК нового
поколения (Next-Generation DNA Synthesis). Пока под этим
подразумевают разные технологии. Например, синтез ДНК и РНК в
микрофлюидных чипах и биочипах, синтез с использованием
различных ферментных систем (template-free enzymatic
technology) и т.д.
Отличием от других устройств для синтеза ДНК/РНК выделяется
потенциальная способность синтеза последовательностей,
сопоставимых по размерам с геномами.
https://synbiobeta.com/next-generation-dna-synthesis-dna-
script-raises-13m-seed-round-led-illumina-ventures/
Кроме того, на рынке уже появились машины для синтеза ДНК и
РНК в автоматическом режиме и в больших количествах.

65. 65
Некоторые перспективные
направления
Point-of-care устройства
Флюидные и микрофлюидные картриджи для проведения медицинских
анализов (кровь, слюна и т.д.)
Могут быть как самостоятельными устройствами так и выполнять
роль расходных материалов для различных анализаторов
По сути представляют собой устройства для разделения образца
на компоненты, хранения реагентов и проведения биохимических
реакций. В некоторых случаях – получение данных анализа.

66. 66
Некоторые перспективные
направления
Микрофлюидика
Технологии микрофлюидики уже достаточно давно активно
развиваются. Но для работы с ними, кроме самого изготовления
чипов необходимы технологии для ввода соединений в чипы,
поддержание условий, проведение процессов, анализ и контроль
и т.д.
Т.е. кроме самих чипов требуется т.н. «обвязка» чипа. Кроме
того, чипы часто необходимо интегрировать с другим
оборудованием, например, оптическими микроскопами и
спектрометрами.
Кроме исследовательских работ для коммерческого использования
микрофлюидных чипов необходима технология их массового
производства. Например, технологии soft lithography с
полимером PDMS не всегда удобны для массового производства.

67. 67
Некоторые перспективные
направления
Биочипы
Технология биочипов уже активно присутствует на рынке. Работы
в области этой технологии требуют интеграции технологий
микроэлектроники (создание чипов), технологий флюидики и
микрофлюидики (доставка реагентов, операции промывки и т.д.),
технологий биохимии (проведение биохимических реакций),
оптических технологий для считывания сигнала (микроскопия или
спектроскопия) или технологий микроэлектроники для считывания
сигнала другими способами (например, электрохимические
методики)
В основном используются для работы с ДНК и РНК,
иммунологическими методиками.
Потенциал имеют в компактных устройствах для диагностики.

68. 68
Некоторые перспективные
направления

69. 69
ООО «Тонкие системные технологии»
г. Москва
2019 г.
Контакты:
ООО «Тонкие системные технологии»
Владислав Трошин (CEO)
+7 929 509 44 89
troshin@fine-systems.tech
www.fine-systems.tech
www.trdc.com
Благодарю за внимание!