Summary
Microplate ondersteunende Pipetteer Lichtstraler (M.A.P.L.E.) is een computergestuurd apparaat dat systematisch de micro titer putten verlicht om richtlijnen te geven voor de handmatige bereiding van microplaten. M.A.P.L.E. verbetert de nauwkeurigheid van microplaat voorbereiding tijdens het automatiseren van gegevens administratie. Daarnaast kan het helpen met het onderzoeken van de kwaliteit van de microplaat of hulp bij het opsporen van fouten.
Abstract
Microplaten worden vaak gebruikt in de moderne laboratoriumomgeving voor een breed scala aan taken, zowel in kleinschalige laboratoriumtafel operaties als grootschalige High-throughput screening (HTS) campagnes. Hoewel laboratorium automatisering het nut van microplaten sterk heeft verhoogd, blijven er gevallen waarin automatisering gebaseerde instrumentatie niet haalbaar, kosteneffectief of compatibel is met microplaat opmaak behoeften. In deze gevallen moeten microplaten handmatig worden voorbereid. Problematisch om handmatige microplaat manipulaties is dat een aantal moeilijkheden kunnen ontstaan met betrekking tot de nauwkeurige tracering van monster operaties, data record keeping en kwaliteitscontrole (QC) inspectie voor goed artefacten of opmaakfouten. Als microplaat goed dichtheden toenemen (dat wil zeggen, 96-Nou, 384-Nou, 1536-Nou) het potentieel voor de invoering van fouten ook drastisch toeneemt. Bovendien bestaat er voor kleine Bench-top laboratorium operaties een noodzaak om het gemak en de nauwkeurigheid van de monster afhandeling op een kosteneffectieve manier te verbeteren. Hierin beschrijven we een systeem dat fungeert als een semi-geautomatiseerde Pipetteer gids, aangeduid als de Microplate ondersteunende Pipetteer Lichtstraler (M.A.P.L.E.). M.A.P.L.E. heeft meerdere toepassingen voor het ondersteunen van samengestelde hit-picking en microplaat voorbereiding voor testontwikkeling in high-throughput screening of laboratoriumtafel operaties, evenals QC/Quality Assurance (QA) diagnostische evaluatie van microplaat kwaliteit of visualisering van goed Formatteer fouten.
Introduction
Zoals onlangs gepubliceerd1, heeft het leidende identificatie laboratorium van Scripps Research2 een open-source verlichtingspaneel ontwikkeld en uitgebracht voor de bereiding van microplaat, aangeduid als de microplaat ondersteunende Pipetteer lichtstraler (M.A. P.L.E.). Handmatige bereiding van microplaten, of ze zijn gemaakt voor samengestelde Management of bio-assay behoeften, kan worden gevoelig voor menselijke fouten die drastisch toenemen zo goed de dichtheid van de microplaat toeneemt. Bovendien is de juiste administratie en data-logging van microplaat inhoud/formaat ook gevoelig voorhand matige invoerfouten. In de automatisering van high throughput screening (HTS) deze problemen worden verholpen door het gebruik van computergestuurde Robotic workstations die zijn geïntegreerd met geautomatiseerde database-administratie; het minimaliseren van handmatige manipulaties en het verminderen van het potentieel van formattering en gegevensregistratie fouten. Echter, er blijven veel gevallen waarin automatisering gebaseerde instrumentatie is gewoon niet haalbaar of compatibel met microplaat opmaak behoeften, vereisen handmatige tussenkomst. Bovendien is er ook behoefte aan ondersteuning van kleinschalige laboratoriumactiviteiten die compacte en kosteneffectieve semi-geautomatiseerde apparaten vereisen om hun doorvoer, nauwkeurigheid en het automatiseren van gegevensregistratie van microplaat voorbereiding te verbeteren.
Terwijl andere microplaat verlichtingssystemen bestaan, zijn ze gepatenteerde commerciële oplossingen3,4,5,6,7 beperkt tot bepaalde microplaat formaten en hun eigen closed-source nature voorkomt gebruikergestuurde modificaties die de aanpassing van deze apparaten voor gespecialiseerde operaties mogelijk maken. M.A.P.L.E. is ontworpen als een goedkope open-source-apparaat, met broncode en alle ontwerp bestanden beschikbaar voor gratis online8. Gebruikers met kennis van Surface Mount soldeer technieken kunnen hun eigen M.A.P.L.E. apparaten samenstellen met de code en ontwerp bestanden die beschikbaar zijn op GitHub, of ze kunnen de geleverde gedrukte printplaten (PCB's) ontwerpen, 3D print behuizing computer-aided Design (CAD) modellen en code om aan hun specifieke behoeften te voldoen. Een volledige lijst van de onderdelen die nodig zijn voor het fabriceren van de lichtgeleider PCB's kan worden gevonden in de aanvullende tabellen 1 en 2 en verdere details met betrekking tot het ontwerp en de uitvoering van de lichtpanelen zijn te vinden in de onlangs gepubliceerde documentatie1. Gebruikers die willen kopen voorgemonteerde lichtgeleider PCB's op basis van de open-source bestanden kunnen vinden ze vermeld online9.
M.A.P.L.E. biedt de gebruiker een gemakkelijk controleerbaar verlichtingspaneel met een voetafdruk op basis van microplaten en een LED-naar-LED-afstand die overeenkomt met de maatschappij voor biomoleculaire screening (SBS)-specificaties voor micro Plates10. M.A.P.L.E. werd ontwikkeld om 96-en 384-well density micro Plates te ondersteunen en gebruikers in staat te stellen putten te verlichten in elke gewenste configuratie, kleur en intensiteit. Deze lichtpanelen kunnen worden gebruikt om microplaten te verlichten voor Pipetteer bewerkingen11, om laboratorium formatterings bewerkingen of-instrumenten, zoals een microplaat lezer12,13 voor educatieve en demonstratie, te simuleren Doeleinden. De open source-aard van het project stelt gebruikers in staat om eenvoudig de panelen, firmware of grafische gebruikersinterface (GUI) software te wijzigen om elke nieuwe gewenste functionaliteit te ondersteunen. Begeleiding en gegevensregistratie zijn computergestuurde en kunnen worden geïntegreerd met spreadsheets of worden overgezet naar een database systeem. Omdat M.A.P.L.E. is ontworpen om te werken met door komma's gescheiden bestanden met leesbare tekst, kunnen alle spreadsheets of databasesoftware die CSV-bestanden kan importeren of exporteren, eenvoudig worden uitgebreid om te werken met M.A.P.L.E. Verder kankeert de project behuizing die is ontworpen voor dit systeem de microplaat naar de gebruiker tijdens Pipetteer bewerkingen, waardoor de ergonomie toeneemt door een meer natuurlijke houding voor de gebruiker te bieden, terwijl op de labbank. Specifieke operationele kenmerken van het M.A.P.L.E.-systeem zijn onder meer: (i) het faciliteren van samengestelde beheersinspanningen bij de voorbereiding van aangepaste platen door het verlichten van één bron goed en bestemming goed over microplaten voorhand matige Pipetteer begeleiding; ondersteund door een computer script dat kan worden opgeslagen als een elektronische record na voltooiing. (II) M.A.P.L.E. kan een willekeurig aantal putjes verlichten tussen de rijen of kolommen van de microplaat; die bij uitstek geschikt is voor snelle seriële verdunnings geleiding of de plaatsing van Selecteer replicaatregelaars. (III) M.A.P.L.E. kan worden gebruikt in een demonstratiemodus om de behoeften van laboratorium opleidingen te faciliteren of opmaak vereisten te benadrukken met betrekking tot steekproeven en controle plaatsingen of toegewijd goed gebruik (bijv. rand-effect barrière kloof). (IV) M.A.P.L.E. kan achtergrondverlichting transparante/doorschijnende putten om visualisatie van artefacten zoals neerslag/kristallisatie, bubbels, goed heterogeniteit, lege putten; waardoor de eindgebruiker ook gemakkelijk plaat afbeeldingen kan fotograferen voor documentatiebehoeften
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. semigeautomatiseerd voorbereiding van de monster overdracht van plaat tot plaat
- Genereer een CSV-bestand zoals weergegeven in Figuur 1 met bron-en bestemmings platen met behulp van een spreadsheet bewerkingstoepassing. Het CSV-bestand dat wordt gegenereerd, moet de volgende koptekstkolommen hebben in de aangegeven volgorde: Source_barcode; Destination_barcode; Source_well; Dest_well; Transfer_volume.
- Onder de koptekstkolommen, zorg ervoor dat u een rij in het CSV-bestand voor elke gewenste Pipetteer bewerking (dat wil zeggen, monster Transfer) met de volgende informatie opnemen:
- Source_barcode: alfanumerieke streepjescode van de bron microplaat, bijvoorbeeld S1007372; leeg laten als er geen streepjescode is gekoppeld.
- Destination_barcode: alfanumerieke streepjescode van de doel microplaat, bijvoorbeeld D0573282; leeg laten als er geen streepjescode is gekoppeld.
- Source_well: alfanumerieke rij-en kolom-id voor goed om uit de bron plaat te worden uitgepist, bijvoorbeeld H10 voor rij H (8e rij), kolom 10 (ANSI/sla's standaardbron aanduidingen, bijv. a1, C10...).
- Dest_well: alfanumerieke rij-en kolom-id voor goed om uit de bestemmings plaat te worden pipetteren, bijvoorbeeld a3 voor rij A (1St rij), kolom 3 (ANSI/sla's standaardbron aanduidingen, bijv. a1, C10...).
- Transfer_volume: volume dat moet worden overgebracht van source_well in source_barcode naar dest_well in destination_barcode (numeriek en unitless: meestal in μL).
- Open de Microplate ondersteunende Pipetteer Lichtemitter plaat naar plaat GUI toepassing, weergegeven in afbeelding 2, door het openen van de licht gids programma (Maple-LightGuide. exe).
- Klik op de knop cherrypick bestand selecteren in de linkerbovenhoek van de GUI.
- Gebruik het bestand browservenster, weergegeven in afbeelding 3, om te navigeren naar het CSV-bestand gegenereerd in stappen 1,1 en 1,2 hierboven en klik op de Open knop. De toepassing zal de eerste rij van het CSV-bestand parseren en de bijbehorende putten in de bron-en doelplaten verlichten.
- Gebruik de vorige well en Next well knoppen, in de rechterbovenhoek van de GUI, weergegeven in afbeelding 4, om het CSV-bestand naar wens te doorkruisen. De GUI zal in het grijs alle rijen markeren die eerder zijn verlicht en de huidige actieve rij in bruin markeren.
- Voer Pipetteer bewerkingen uit als dat nodig is om monsters tussen bron plaat en bron plaatje naar bestemming goed van bestemmings plaat over te brengen. Een voorbeeld van een M.A.P.L.E. niet-begeleide hand Pipetteer bewerking is te zien in Figuur 5, met een vergelijking van de huidige gebruikers Pipetteer-weergave in Figuur 4 en Figuur 6. Naast de gebruikersinterface kunnen plaat barcodes worden geverifieerd via de LCD-displays die aan de verlichtings panelen zijn bevestigd.
- Ga door tot het einde van het CSV-bestand is bereikt via de knop Next well . Om een nieuw CSV-bestand te laden, kan het Select cherrypick-bestand op elk gewenst moment worden geklikt. Om het programma af te sluiten de rode X in de rechterbovenhoek van de GUI kan worden geklikt.
2. multi-well illuminaties voor parallelle overdrachten en seriële verdunningen
- Open de Microplate ondersteunende Pipetteer Lichtstraler ' seriële verdunning ' toepassing door het programma voor seriële verdunning (Maple-SerialDilution. exe) te openen.
- Gebruik de GUI, afgebeeld in afbeelding 7 en afbeelding 8, om de gewenste titratie-modus (kolom of rij), plaat dichtheid en start rij (en) of kolom (s) op te geven. Met de GUI kunnen gebruikers ook een kolom-of rijmasker opgeven om te bepalen welke Led's in een bepaalde rij of kolom worden verlicht. Hierdoor kan een subset van Led's in een rij of kolom worden verlicht in plaats van de hele rij of kolom te verlichten.
- Gebruik de knoppen volgende en vorige om de rijen of kolommen in de reeks van de eerste begin rij of kolom naar de laatste rij of kolom in de plaat te doorlopen. Telkens wanneer op de volgende of vorige knop wordt geklikt, zal het licht paneel de corresponderende led's van de microplaat verlichten.
- Doorgaan tot het einde van de titratie volgorde is bereikt. Als u het programma wilt afsluiten, klikt u op de rode X in de rechterbovenhoek van de GUI.
3. laboratorium opleidingen: technieken voor het ontwikkelen en screenen van assay
- Plaats een 96-of 384-well microplaat in de draagbare lichtgeleider. De draagbare lichtgeleider bevat een batterij en alle elektronica die nodig is om onafhankelijk van een computer te worden gebruikt. Hierdoor kan de draagbare LightGuide worden gebruikt in een handheld-modus, die met ingebouwde drukknoppen te bedienen is om te schakelen tussen de demonstratie modi.
- Gebruik de Power-Toggle-schakelaar op de draagbare lichtgeleiderbehuizing om het systeem aan te zetten.
- Bepaal de modus voor de draagbare lichtgeleider. Standaard wordt de draagbare lichtgeleider in de standaard HTS-demo modus geladen, die gebruikers een visuele weergave van een typische test plaat biedt zoals te zien is in Figuur 9. In deze modus u de rechterknop aan de bovenkant van de draagbare lichtgeleider gebruiken om door de volgende voorbeeld verlichtings patronen te schakelen.
- Alle putten verlicht met rode kleur om de reagens dosering van een assay te simuleren, bijvoorbeeld (hangende cellen in media).
- Alle putten verlicht met een gele kleur om de toevoeging van het kleurstof reagens te simuleren.
- Eerste kolom en laatste kolom van putten verlicht groen, overgebleven middelste kolommen van het monster veld verlicht blauw om aan te geven dat de plaat wordt gelezen op de microplaat lezer. Willekeurige putten in het voorbeeld veld hebben ook een groene kleur met verschillende intensiteit om hits weer te geven.
- Om de lichtgeleider tussen de HTS-demo modus en de titratie-demo modus te schakelen, drukt u op de linker Drukknopschakelaar. Als u dit doet, schakelt u de draagbare lichtgeleider over naar de titratie-demo modus, die een visuele gids voor gebruikers biedt om te begrijpen hoe titraties kunnen worden uitgevoerd in samengestelde platen. Wanneer de lichtgeleider de titratie-demo modus binnenkomt, gebeurt het volgende.
- Alle putten in kolom 3 en 13 zijn verlicht met gele kleur.
- De daaropvolgende drukpersen van de rechter Drukknopschakelaar verlicht kolommen in volgorde, bijvoorbeeld (4 en 14, 5 en 15, enz.).
- Wanneer de drukknop wordt ingedrukt nadat de kolommen 12 en 22 zijn bereikt, worden putten in de kolommen 4-12 en 13-22 verlicht in afnemende intensiteit van geel om de titratie weer te geven.
- Om het standaardgedrag van de lichtgeleider te wijzigen, sluit u de draagbare lichtgeleider aan op een computer via een USB-kabel en volgt u de gedetailleerde instructies voor het bijwerken van de standaard firmware via de Arduino IDE die kan worden gevonden op het project GitHub pagina8. Door de firmware bij te werken, u deze modi wijzigen om andere reeksen of sets van Led's weer te geven.
4. verlichting van artefacten in microplaten
- Plaats een 96-of 384-well microplaat in de draagbare lichtgeleider.
- Zet de lichtgeleider in de verlichtingsmodus door twee keer op de meest linkse Drukknopschakelaar te drukken.
Opmerking: een voorbeeld van het praktische gebruik van deze modus is te zien in Figuur 10 en Figuur 11, waar verbindingen zijn neergeprecipiteerd en kunnen worden waargenomen op de bodem van de microplaten. Zonder verlichte verlichting is het grootste deel van het precipitaat onzichtbaar voor het blote oog, maar M.A.P.L.E. achtergrondverlichting onthult precipitaat voor gebruikers inspectie en fotografische documentatie. - Gebruik de rechterknop om te schakelen tussen een set vooraf gedefinieerde kleuren die nodig zijn voor de toepassing. Het licht paneel zet alle Led's in volgorde op de volgende kleuren met elke druk op de rechterknop: rood, blauw, groen, oranje, wit, Violet, geel en Indigo.
- Als optionele stap u een camera of smartphone gebruiken om de verlichte plaat te fotograferen voor het bewaren of documenteren van het werk.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Het M.A.P.L.E.-platform is geschikt voor het verlichten van Wells in 96-en 384-well microplaten in verschillende door de gebruiker configureerbare manieren, waardoor een eenvoudige en onafhankelijke controle van kleur en lichtintensiteit in elk putje mogelijk is. Door te helpen de kans op fouten bij manuele Pipetteer operaties te verminderen, helpt M.A.P.L.E. gebruikers microplaten te bereiden met meer vertrouwen dat elk goed de gewenste inhoud bevat. De overdracht van monsters tussen platen en de bereiding van seriële verdunnings platen, zoals de voorbeelden in Figuur 12 en Figuur 13, kan zonder zorgen worden bewerkstelligd dat de gebruiker tijdens het werk wordt afgeleid en de Pipetteer operaties blijven. Wanneer het pipetteren is voltooid, kan het M.A.P.L.E.-platform worden gebruikt om de microplaat te verlichten om de gebruiker te helpen bij het identificeren van mogelijke artefacten zoals neerslag, lege putten, gedeeltelijk gevulde putten of luchtbellen. Door deze artefacten te detecteren op het moment dat de microplaat wordt gemaakt, kunnen gebruikers maatregelen nemen om monsters te verbeteren voordat ze aan downstream-laboratoriumprocessen worden verstrekt.
Om de functionaliteit van M.A.P.L.E. te demonstreren, werd een head-to-head test uitgevoerd om de snelheid en nauwkeurigheid van Pipetteer operaties te meten met behulp van een gedrukte werklijst versus de stappen beschreven in Protocol sectie 1. Voor deze test werden zeven gebruikers in het lead-identificatie laboratorium de test uitgevoerd met dezelfde werkvoorraad voor zowel offline versus M. A. P. L. E-Guided. Deze zeven gebruikers vertegenwoordigden een verscheidenheid aan Pipetteer ervaring, variërend van vele jaren in het laboratorium tot beginnende Pipetteer gebruikers. Het enige verschil is de gebruiker met de hand aantekeningen maken op een gedrukt vel voorhand matige modus en met behulp van de computer GUI in de M.A.P.L.E.-geleide modus. Deze werkvoorraad bestond uit 49 Pipetteer operaties van 2 384-bron microplaten met een willekeurig assortiment gekleurde kleurstoffen in DMSO (Figuur 14a, B) die ' jove ' in een enkele 384-put bestemming microplaat spellen (Figuur 14 C). in deze configuratie bevestigt de lay-out van de putjes in de bestemmings plaat dat de gebruiker in de juiste putjes van de bestemmings plaat heeft pipetteren en het kleur patroon van de putjes in de bestemmings plaat kan worden gebruikt om fouten te identificeren waar de gebruiker Pipetteer niet vanaf de juiste put van de bron platen zoals te zien in Figuur 14D , die een voorbeeld toont van pipettende fouten in Wells K2, F22, F23 die optrad terwijl een gebruiker een gedrukte werklijst had. Tabel 1 bevat de resultaten van deze Head-to-head-test die een gemiddelde tijdsbesparing van 50% weergeeft wanneer gebruikers deze test uitvoeren met behulp van M.A.P.L.E. versus een offline gedrukte worklist. Niet alleen was de processnelheid toegenomen toen M.A.P.L.E. werd gebruikt, maar de foutratio van platen die werden gemaakt met M.A.P.L.E. was 0% voor alle gebruikers, terwijl een foutpercentage van 6% werd waargenomen voor een beginnende gebruiker bij het gebruik van een werklijst voor de monster voorbereidingstaak (Figuur 14 D).
Afbeelding 1: voorbeeld CSV-bestand gebruikt voor de monstervoorbereiding toepassing. Voorbeeld CSV-bestand gebruikt voor monster voorbereidings toepassing met inbegrip van de vijf kolommen die nodig zijn om aantekeningen te maken van het overdrachts volume, microplaat barcodes en goed locaties voor zowel bron-en doelplaten. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 2: monstervoorbereiding applicatie GUI. De voorbeeldtoepassing GUI wordt weergegeven aan de gebruiker bij het starten van de toepassing. Vanuit deze interface kan de gebruiker een CSV-bestand selecteren voor gebruik in het monster voorbereidingsproces. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Afbeelding 3: dialoogvenster bestand openen. Het dialoogvenster bestand openen kan de gebruiker om te navigeren naar de CSV-bestanden van belang zijn om te worden gebruikt in het monster voorbereidingsproces. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Afbeelding 4: de GUI-interface die zichtbaar is voor de gebruiker nadat een CSV-bestand is geselecteerd en in de toepassing is geladen. De inhoud van het CSV-bestand wordt weergegeven in een werkblad stijl en de actieve rij wordt gemarkeerd. Gebruikers kunnen stap voor of achteruit door het bestand met behulp van de ' vorige goed ' of ' Next well ' knoppen die de actieve rij bijwerken en stuur de juiste verlichtings opdrachten naar M.A.P.L.E. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 5: voorbeeld van een typisch handmatig monsterpreparatie proces voorafgaand aan M.A.P.L.E. met de gebruiker verwijzend naar gedrukte lijst met barcodes van platen en locaties om te worden gepipetteren. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 6: huidig handmatig monster voorbereidingsproces met M.A.P.L.E. verhelderende putten van belang en het weergeven van barcodes van microplaten die nodig zijn voor de huidige Pipetteer bewerking. Verlichte putten en barcode-metagegevens worden automatisch bijgewerkt op basis van gebruikersinvoer van GUI die wordt gezien in afbeelding 4. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Afbeelding 7: GUI-interface voor het aansturen van M.A.P.L.E. in de titratie modus, waardoor de gebruiker de belichting kan regelen door kolommen van belang te specificeren. Naast de titratie-modus (rij of kolom) kunnen gebruikers de plaat dichtheid specificeren en voorwaarts of achterwaarts door de kolommen stappen door op de knoppen ' volgende kolom ' of ' vorige kolom ' te klikken. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Afbeelding 8: GUI-interface voor het aansturen van M.A.P.L.E. in de titratie modus, waardoor de gebruiker kan worden verlicht door rijen van belang te specificeren. Naast de titratie modus (rij of kolom) kunnen gebruikers de plaat dichtheid specificeren en voorwaarts of achterwaarts door de rijen stappen door op de knoppen ' volgende rij ' of ' vorige rij ' te klikken. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 9: putten verlicht met groene en blauwe lichten om Wells fluorescerende in microplaat Reader voor HTS demo-modus weer te geven. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Afbeelding 10: voorbeeld van 96-well leverancier geleverde microplaat met nieuw gekochte verbindingen met oplosbaarheid problemen terug verlicht met een 96-well M.A.P.L.E. licht paneel met blauw licht. Het verlichten van de bodem van de microplaat maakt het veel gemakkelijker om verbindingen te identificeren die uit de oplossing zijn neergeprecipiteerd en moeten worden verholpen voordat verdere vloeistof behandeling wordt uitgevoerd. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Afbeelding 11: voorbeelden van een microplaat. a) voorbeeld van 384-well micro Plate met verbindingen zonder rugverlichting. (B) 384-well microplaat backlight met groen licht, onthullen vele putten met precipitaat. (C) Close-up van 384-well micro Plate met groene achtergrondverlichting. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Afbeelding 12: voorbeeld van bestemming 384-goed microplaat met 320 afzonderlijke monsters die zijn overgebracht van veel verschillende bron microplaten. Dit voorbeeld vertegenwoordigt een typische monstervoorbereiding die bekend staat als een hitgepakte of cherrypicked microplaat die te zien is in de fase van het bevestigingsscherm van een assay. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Afbeelding 13: voorbeeld van typische 384-well micro Plate met 10-punts seriële verdunningen beginnend in de kolommen 3 & 13 met een masker filter voor de rijen 1 – 16 (alle rijen inbegrepen). Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Figuur 14: monstervoorbereiding Pipetteer test. (a, B) 384-well micro Plates die verschillende gekleurde kleurstoffen bevatten die zijn gesolviteerd in Dimethylfumaraat sulfoxide (DMSO), die worden gebruikt voor Pipetteer test voor monstervoorbereiding. C) 384 goed microplaat als gevolg van pipet test met monstervoorbereiding die de juiste kleuren van monsters in de juiste locaties bevat. (D) 384-well micro Plate als gevolg van monstervoorbereiding Pipetteer test met fouten (K2, F22, F23) wanneer de gebruiker de handmatige werklijst methode volgde. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
Afbeelding 15: LED-uitgangs Spectra gemeten met een spectrometer. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.
| Gebruiker | Worklist tijd | Foutratio voor worklist | M.A.P.L.E. tijd is | M.A.P.L.E. foutratio | % snelheid verhogen |
| Ervaren gebruiker #1 | 15 min 8 s | 0 | 9 min 39 s | 0 | 36% |
| Ervaren gebruiker #2 | 17 min 54 s | 0 | 7 min 59 s | 0 | 55% |
| Ervaren gebruiker #3 | 18 min 34 s | 0 | 10 min 25 s | 0 | 44% |
| Ervaren gebruiker #4 | 20 min 50 s | 0 | 10 min 13 s | 0 | 51% |
| Beginnende gebruiker #1 | 26 min 52 s | 0 | 11 min 03 s | 0 | 59% |
| Beginnende gebruiker #2 | 35 min 49 s | 6 | 15 min 29 s | 0 | 57% |
| Beginnende gebruiker #3 | 22 min 44 s | 0 | 11 min 30 s | 0 | 49% |
Tabel 1: resultaten van handmatige monstervoorbereiding versus M.A.P.L.E.-geleide monstervoorbereiding, inclusief de tijd die elke gebruiker heeft doorgebracht om volledige werklijst in elke modus te verwerken.
| 96W microplaat M.A.P.L.E. onderdelenlijst |
Leverancier | Deel van leverancier # | Kosten per artikel | Hoeveelheid die nodig is voor assemblage | Onderdelen kosten per prototype |
| 96 goed RGB-prototype PCB | OSH-Park | $28,38 | 1 | $28,38 | |
| RGB 3535 SK6812 RGB SMD LED | Aliexpress (BTF-verlichting) | SK6812mini 3535 | $0,10 | 96 | $9,63 |
| 0,1 μF condensator SMD (0805) | Digi-Key | 478-3351-1-ND | $0,16 | 96 | $15,36 |
| Adafruit metro mini 328 – 5V | Digi-Key | 1528-1374-ND | $12,50 | 1 | $12,50 |
| Totale | $65,87 |
Aanvullende tabel 1: lijst van onderdelen die nodig zijn voor de fabricage van een 96-well RGB lichtgeleider.
| 384w microplaat M.A.P.L.E. onderdelenlijst |
Leverancier | Deel van leverancier # | Kosten per artikel | Hoeveelheid die nodig is voor assemblage | Onderdelen kosten per prototype |
| 384 goed RGB-prototype PCB | OSH-Park | $28,38 | 1 | $28,38 | |
| RGB 2427 SK6805 RGB SMD LED | MOKUNGIT | SK6805 2427 | $0,09 | 384 | $34,20 |
| 0,1 uF condensator SMD (0603) | Digi-Key | 478-10679-6-ND | $0,05 | 384 | $18,05 |
| Adafruit metro mini 328 – 5V | Digi-Key | 1528-1374-ND | $12,50 | 1 | $12,50 |
| Totale | $93,13 |
Aanvullende tabel 2: lijst van onderdelen die nodig zijn voor de fabricage van een 384-well RGB lichtgeleider.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Door het vrijgeven van M.A.P.L.E. als een open-source platform, hebben we een laboratorium tool die hulpprogramma biedt geïntroduceerd, maar kan ook gemakkelijk worden uitgebreid om te voldoen aan de veranderende behoeften van de eindgebruiker. De voorbereiding van de Benchtop microplaat is een veelvoorkomende taak die wordt uitgevoerd in een breed scala aan laboratorium omgevingen en deze taak kan aantoonbaar worden verbeterd met een technologie zoals M.A.P.L.E.
Het M.A.P.L.E.-platform is specifiek ontworpen met het aanpassingsvermogen voor toekomstige toepassingen in het achterhoofd. Elk onderdeel (elektronisch verlichtingspaneel, firmware, GUI, behuizing) kan worden geëxtraheerd voor gebruik afzonderlijk, gebruikt als onderdeel van het grotere systeem of een tussenliggende combinatie daarvan. Zo kan de 3D-geprinte project behuizing zonder het verlichtingspaneel worden gebruikt om de ergonomie van het pipetteren van tafel te verbeteren. Het verlichtingspaneel heeft een rechtlijnige drie-aderige interface die kan worden aangesloten op elk systeem dat in staat is om een + 5 V-besturingssignaal te genereren, + 5 V bron en aarde (GND). Het gedrag en nut van de software GUIs kan worden gewijzigd met behulp van python-code, het verlichtingspaneel circuit kan worden gewijzigd in KiCad en de microcontroller firmware gebruikt om de panelen te beheren kan worden bewerkt in de Arduino IDE. Met deze flexibiliteit is het M.A.P.L.E.-platform uitbreidbaar om tegemoet te komen aan toekomstige behoeften.
Van soortgelijke apparaten die eerder zijn ontwikkeld voor gebruik voor lichtdoorlatende microplaten3,4,5,6,7, is M.A.P.L.E. het enige apparaat dat volledig open source is. Dit biedt een grote mate van flexibiliteit voor de eindgebruiker om de bestaande functionaliteit uit te breiden om te voldoen aan hun specifieke behoefte. Deze uitgebreide functionaliteit kan de vorm aannemen van extra besturingsapparaten voor gebruikersinvoer (voetpedalen, knoppen, enz.) of andere weergaveapparaten voor metagegevens. De open source-aard van het apparaat helpt ook om veroudering van apparaten te voorkomen als gevolg van het vertrouwen op een specifieke leverancier voor apparaatproductie,-ontwikkeling of-ondersteuning. Gebruikers kunnen ervoor kiezen om M.A.P.L.E. te houden als een compact enkelvoudig microplaat vormgeving-apparaat, of om het uit te breiden om meerdere microplaten tegelijkertijd te verlichten, beide toepassingen die in dit manuscript zijn gedemonstreerd. Ten slotte hebben de onderdelen die nodig zijn om een M.A.P.L.E.-systeem te monteren een lagere prijs dan de voorheen beschikbare commerciële oplossingen.
Mogelijke beperkingen van het systeem zijn verlichting en visualisatie interferentie veroorzaakt door donkere gekleurde verbindingen. De functionaliteit voor monstervoorbereiding vereist op dit moment ook dat M.A.P.L.E. via USB aan een computer wordt getebonden. We stellen ook voor dat laboratoriumprocessen die lichtgevoelige verbindingen of reagentia gebruiken, worden getest voorafgaand aan langdurig gebruik met M.A.P.L.E. lichtgevoelige samengestelde overdrachten zijn een probleem in een Lab-situatie, maar M.A.P.L.E. selecteren voor golflengten die minder gevoelig, zoals rood licht. M.A.P.L.E. stelt gebruikers ook in staat om de LED-kleur en intensiteit aan te passen via firmware-updates naar de microcontroller om de gewenste verlichtingssterkte te bieden. De spectrale uitgang van de Led's is geleverd per afbeelding 15 , zodat de gebruiker golflengten kan vermijden waarbij de verbinding bekend is om licht te absorberen.
De componenten van M.A.P.L.E. kunnen ook worden hergebruikt voor het onderzoeken van alternatieve toepassingen zoals Fotochemie, fasescheiding in samengestelde bibliotheken of aangepast met verschillende golflengte Led's (bijv. UV) om de functionaliteit voor andere toepassingen uit te breiden. Evenzo kan colorimetrie of absorptie spectroscopie goedkoop worden uitgevoerd met de Selecteer emissies van M.A.P.L.E., zoals weergegeven in afbeelding 15 en camera of smartphone-app om RGB-uitvoerwaarden vast te leggen. Concluderend, de M.A.P.L.E. is ontworpen voor onmiddellijk gebruik ter ondersteuning van monster microplaat voorbereiding, maar als een open-source platform kan het worden aangepast voor gebruik in vele andere toepassingen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Auteurs hebben geen financieel belang of belangenverstrengeling met een van de gefabriceerde componenten voorgesteld in de bouw van het M.A.P.L.E.-apparaat. De gepresenteerde bronnen zijn strikt voor het gemak van de gebruiker en alle compatibele componenten van alternatieve bronnen kunnen indien nodig worden gebruikt.
Acknowledgments
De auteurs willen Lina DeLuca, Fakhar Singhera, Hannah Williams, Lynn Deng, Osinachi Nwosu en Sarah Wachtman graag erkennen voor hun hulp bij het testen van het M.A.P.L.E. platform.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 96 or 384 well microplate | https://en.wikipedia.org/wiki/Microplate | ||
| Microplate Assistive Pipetting Light Emitter | Open source | https://github.com/pierrebaillargeon/Microplate-Assistive-Pipetting-Light-Emitter | |
| Pipettor | https://www.jove.com/science-education/5033/an-introduction-to-the-micropipettor | ||
| Spectrometer | Ocean Optics | USB-650 Red Tide |
References
- Baillargeon, P., et al. Design of Microplate-Compatible Illumination Panels for a Semiautomated Benchtop Pipetting System. SLAS TECHNOLOGY: Translating Life Sciences Innovation. , (2019).
- Baillargeon, P., et al. The Scripps Molecular Screening Center and Translational Research Institute. SLAS DISCOVERY: Advancing Life Sciences R&D. 24 (3), 386-397 (2019).
- BioSistemika. Pipetting Aid PlatR. , Available from: https://biosistemika.com/products/pipetting-platr/ (2019).
- Gilson Trackman Pipetting Tracker. Daigger Scientific. , Available from: https://www.daigger.com/gilson-trackma-pipetting-tracker-i-gsnf70301 (2019).
- TRACKMAN Connected US. Gilson. , Available from: https://www.gilson.com/default/systemm-trackman-connected-us.html (2019).
- LI-2100LightOne™ Pro. Embi Tec. , Available from: http://embitec.com/li2100-lightone-pro-384-and-96-well.html (2019).
- 96 well plate pipette light guide. qit vision. , Available from: https://www.qitvision.com/projects/#Plate (2019).
- Microplate Assistive Pipetting Light Emitter GitHub repository. , Available from: https://github.com/pierrebaillargeon/Microplate-Assistive-Pipetting-Light-Emitter (2019).
- Maplebear Electronics Tindie store. , Available from: http://maplebearelectronics.com (2019).
- Hawker, C. D., Schlank, M. R. Development of Standards for Laboratory Automation. Clinical Chemistry. 46, 746-750 (2000).
- General Laboratory Techniques. An Introduction to the Micropipettor. JoVE Science Education Database. , JoVE. Cambridge, MA. (2019).
- General Laboratory Techniques. Introduction to the Spectrophotometer. JoVE Science Education Database. , JoVE. Cambridge, MA. (2019).
- General Laboratory Techniques. Introduction to the Microplate Reader. JoVE Science Education Database. , JoVE. Cambridge, MA. (2019).
