EMBION

EMBION: Plattform für die dänische nationale Kryo-EM-Einrichtung

Das Projekt

EMBION ist die dänische nationale Kryo-EM-Einrichtung an der Universität Aarhus, die 2018 mit einem Zuschuss von 30,8 Millionen DKK (4,7 Millionen USD) vom Ministerium für Hochschulbildung und Wissenschaft gegründet wurde. Die Einrichtung stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Forschungsinfrastruktur für kryogene Elektronenmikroskopie (Kryo-EM) in Dänemark dar und ermöglicht die Erfassung hochauflösender Daten aus verschiedenen Proben, darunter Proteinmoleküle, makromolekulare Komplexe und Zellen.

Unser Ansatz

Wir haben mit dem EMBION-Team zusammengearbeitet, um eine umfassende digitale Plattform zu schaffen, die die fortschrittlichen Forschungsmöglichkeiten der Einrichtung unterstützt. Unsere Lösung umfasste:

• Ein ausgeklügeltes Buchungssystem für die Verwaltung des Zugangs zu mehreren hochmodernen Elektronenmikroskopen
• Echtzeit-Datenverfolgungs- und Managementsystem
• Benutzerdefinierte Formulare für strukturierte wissenschaftliche Datenerfassung
• Integration mit Forschungsabläufen und bestehenden Universitätssystemen
• Multi-Plattform-Unterstützung (Web-, Mobil- und Desktop-Anwendungen)
• Sichere Speicherung und Verwaltung sensibler Forschungsdaten

Technische Umsetzung

Die Plattform wurde mit modernen Technologien entwickelt, um Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit zu gewährleisten:

Technologie-Stack

Die EMBION-Plattform wurde mit einem robusten, modernen Technologie-Stack entwickelt:

• Frontend: Flutter für plattformübergreifende Anwendungen

  • Einheitlicher Codebase für Web-, iOS- und Android-Anwendungen
  • Reichhaltige, responsive Benutzeroberfläche mit nativer Leistung
  • Offline-Fähigkeiten für ununterbrochene Datenerfassung

• Backend: Golang (Go) für die Server-Implementierung

  • Hochleistungsfähige, gleichzeitige Anfragenbearbeitung
  • Ausgezeichnetes Speichermanagement für ressourcenintensive Operationen
  • Typsicherheit und Zuverlässigkeit für kritische Forschungsanwendungen

• API-Architektur: gRPC für effiziente Kommunikation

  • Streng typisierte Verträge zwischen Client und Server
  • Effiziente binäre Serialisierung für große wissenschaftliche Datensätze
  • Bidirektionales Streaming für Echtzeit-Experimentüberwachung

• Bereitstellung: Kubernetes für Orchestrierung

  • Skalierbare Infrastruktur zur Bewältigung unterschiedlicher Forschungslasten
  • Hohe Verfügbarkeit für kritische Forschungsoperationen
  • Automatisierte Rollouts und Rollbacks für nahtlose Updates
  • Ressourcenisolierung für Sicherheit und Leistung

Dieser Technologie-Stack wurde speziell ausgewählt, um den einzigartigen Anforderungen einer wissenschaftlichen Forschungseinrichtung gerecht zu werden. Flutter ermöglicht es Forschern, von jedem Gerät aus mit einer konsistenten Erfahrung auf die Plattform zuzugreifen. Golang bietet die Leistung und Zuverlässigkeit, die für die Verarbeitung großer Datensätze erforderlich ist. gRPC ermöglicht eine effiziente Kommunikation zwischen den Mikroskopen, Servern und Client-Anwendungen. Schließlich sorgt Kubernetes dafür, dass die Plattform auch während Spitzenforschungszeiten verfügbar und leistungsfähig bleibt.

Integration mit Elektronenmikroskopen

Das System integriert sich mit mehreren Elektronenmikroskopen, darunter:

• Titan Krios G3i (300 keV)
• Titan Krios 300 kV TEM
• Aquilos 2 Cryo FIB
• Tecnai Spirit 120 kV TEM
• Versa 3D Focused Ion Beam SEM
• Nova NanoSEM

Ergebnisse

Die EMBION-Plattform hat die Forschungsmöglichkeiten an der Universität Aarhus erheblich verbessert:

• Optimierter Zugang zu modernster Kryo-EM-Ausrüstung
• Standardisierte Datenerfassung über Forschungsprojekte hinweg
• Verbesserte Zusammenarbeit zwischen Forschern
• Erweiterte Datensicherheits- und Backup-Fähigkeiten
• Echtzeit-Überwachung von Experimenten
• Vereinfachter Bewerbungsprozess für Mikroskopzeit
• Integration mit internationalen Forschungsprogrammen (iNEXT Discovery)

Kundenreferenz

"Die für EMBION entwickelte digitale Plattform hat die Art und Weise, wie wir unsere Kryo-EM-Einrichtung verwalten, verändert. Sie ist zu einem unverzichtbaren Werkzeug für unsere Forscher geworden und ermöglicht effiziente Terminplanung, Datenerfassung und Analyse. Die Flexibilität und Zuverlässigkeit des Systems haben es zu einem Eckpfeiler unserer Forschungsinfrastruktur gemacht."

— Thomas Boesen, Kryo-EM-Facility Manager

Die Plattform entwickelt sich weiterhin mit neuen Funktionen und Möglichkeiten und unterstützt die Mission der Einrichtung, die Forschung in der Strukturbiologie in Dänemark und darüber hinaus voranzutreiben. Das Projekt stellt eine erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen wissenschaftlicher Forschung und digitaler Innovation dar und zeigt, wie Technologie modernste wissenschaftliche Einrichtungen verbessern kann.