تطبيقات للواح الاضاءه المتوافقة مع اللوحة المفتوحة المصدر

Summary

ان باعث الضوء المعين بالأنابيب الصغيرة (M.A.P.L.E.) هو جهاز يعمل بالحاسوب ويقوم بشكل منهجي باناره ابار الميكروتير لتوفير التوجيه للاعداد اليدوي للوحات المجهرية.  يحسن M.A.P.L.E. دقه اعداد الصفيحة الدقيقة اثناء أتمته حفظ سجلات البيانات.  الاضافه إلى ذلك ، فانه يمكن ان تساعد في فحص جوده اللوحة المجهرية أو المساعدة في الكشف عن الأخطاء.

Abstract

ويشيع استخدام الصفائح المجهرية في البيئة المختبرية الحديثة لمجموعه واسعه من المهام سواء في العمليات المختبرية الصغيرة الحجم ، فضلا عن حملات الفحص العالية الانتاجيه الواسعة النطاق. علي الرغم من ان أتمته المختبرات قد زادت بشكل كبير من فائده الصفائح الدقيقة لا تزال هناك حالات حيث الاجهزه القائمة علي الاتمته ليست ممكنة ، وفعاله من حيث التكلفة أو متوافقة مع احتياجات تنسيق اللوحة الصغيرة. وفي هذه الحالات ، يجب اعداد الصفائح المجهرية يدويا. إشكاليه للتلاعب الجزئي اليدوي هو ان عددا من الصعوبات يمكن ان تنشا المتعلقة بدقه تتبع عمليات العينة ، وحفظ سجل البيانات ومراقبه الجودة (QC) التفتيش للتحف الجيدة أو أخطاء التنسيق. بما ان [ميكروبلايت] بئر كثافة زيادة ([اي.], [96-ول], [384-ول], [1536-ول]) الامكانيه لإدخال أخطاء أيضا زيادات بشده.  وعلاوة علي ذلك ، فانه بالنسبة للعمليات المختبرية الصغيرة علي مستوي المقاعد هناك حاجه إلى تحسين سهوله ودقه مناوله العينات بطريقه فعاله من حيث التكلفة. هنا ، نقوم بوصف النظام الذي يعمل كدليل لتنضيد العينات شبه مؤتمت والمشار اليه باسم باعث الضوء المعين لM.A.P.L.E..  M.A.P.L.E. له استخدامات متعددة لدعم الجمع بين الضرب المركب واعداد الصفيحة الدقيقة لتطوير المقايسة في الفحص عاليه الانتاجيه أو العمليات المختبرية العليا ، فضلا عن QC/ضمان الجودة (QA) التقييم التشخيصي لصفيحه صغيره جوده أو تصور أخطاء التنسيق بشكل جيد.

Introduction

وكما نشرت في الاونه الاخيره¹، فان مختبر تحديد الهوية الرئيسية في سكريبس البحوث² قد وضعت وأصدرت لوحه الاضاءه مفتوحة المصدر لاعداد الصفيحة الصغيرة المشار اليها باسم باعث الضوء المساعدة ميكروبلايت (ماجستير P.L.E.). الاعداد اليدوي للوحات مجهريه ، سواء كانت مصنوعة لأداره مركب أو احتياجات الفحص الحيوي ، يمكن ان تكون عرضه للأخطاء البشرية التي تزيد بشكل كبير وكذلك كثافة الزيادات microplates. الاضافه إلى ذلك ، فان الحفظ السليم للسجلات وتسجيل البيانات الخاصة بمحتوي/شكل الصفيحة الصغيرة هو أيضا عرضه لأخطاء الإدخال اليدوية. وفي مرافق التشغيل الألى للفحص العالي الإنتاجي ، تخفف هذه المسائل من خلال استخدام محطات العمل الروبوتية التي تعمل بالحاسوب والتي تتكامل مع حفظ السجلات المؤتمتة لقواعد البيانات ؛ تقليل التلاعب اليدوي وتقليل احتمالات التنسيق وأخطاء تسجيل البيانات. ومع ذلك ، لا تزال هناك العديد من الحالات التي تكون فيها الاجهزه القائمة علي الاتمته غير ممكنة ببساطه أو متوافقة مع احتياجات تنسيق اللوحة الدقيقة ، والتي تتطلب تدخلا يدويا. وعلاوة علي ذلك ، هناك حاجه أيضا إلى دعم العمليات المختبرية الصغيرة النطاق التي تتطلب أجهزه شبه مؤتمتة مدمجه وفعاله من حيث التكلفة لتحسين إنتاجيتها ودقتها وأتمته حفظ سجلات البيانات لاعداد الصفيحات الدقيقة.

في حين ان أنظمه الاضاءه microplate الأخرى موجودة ، فهي الملكية التجارية الحلول^{3،4،5،6،7} محدوده لتحديد تنسيقات microplate والملكية الخاصة بهم طبيعة مغلقه المصدر يمنع التعديلات التي يحركها المستخدم التي من شانها ان تسمح للتكيف هذه الاجهزه للعمليات المتخصصة.  تم تصميم M.A.P.L.E. ليكون جهاز مفتوح المصدر غير مكلفه ، مع شفره المصدر وجميع ملفات التصميم المتاحة مجانا علي الإنترنت⁸. يمكن للمستخدمين مع المعرفة من سطح جبل تقنيات لحام تجميع الاجهزه الخاصة بهم M.A.P.L.E. مع رمز وتصميم الملفات المتاحة علي جيثب ، أو انها يمكن تعديل لوحات الدوائر المطبوعة المقدمة (Pcb) التصاميم ، 3D الطباعة الضميمه بمساعده الكمبيوتر تصميم (CAD) نماذج والتعليمات البرمجية لتلبيه احتياجاتهم الخاصة. ويمكن الاطلاع علي قائمه كامله بالأجزاء اللازمة لصنع الدليل الضوئي لمركب ثنائي الفينيل متعدد الكلور في الجدولين التكميليين 1 و 2 ، ويمكن الاطلاع علي مزيد من التفاصيل المتعلقة بتصميم وتنفيذ ألواح الخفيفة في منشورات صدرت مؤخرا ¹-الوثائق المستخدمين الذين يرغبون في شراء دليل ضوء تجميعها مسبقا الكلور استنادا إلى ملفات مفتوحة المصدر يمكن العثور عليها المدرجة علي الإنترنت⁹.

M.A.P.L.E. يوفر للمستخدم مع لوحه الاضاءه التي يمكن السيطرة عليها بسهوله والتي لديها البصمة المستندة إلى اللوحة والتباعد الصمام إلى الصمام مطابقه لمواصفات المجتمع للكشف عن الجزيئات الحيوية (SBS) للوحات المجهرية¹⁰. وقد تم تطوير M.A.P.L.E. لدعم الصفائح الدقيقة 96-و 384 الكثافة والسماح للمستخدمين للقاء النور علي الآبار في اي التكوين المطلوب ، واللون والكثافة. ويمكن استخدام هذه ألواح الخفيفة للقاء الضوء علي الصفائح الدقيقة لعمليات الأنابيب¹¹، لمحاكاة عمليات التنسيق المختبري أو الاداات مثل قارئ الصفيحات الصغيرة^12،13 للتربية والتظاهر اغراض. طبيعة المصدر المفتوح للمشروع يسمح للمستخدمين بسهوله تعديل اللوحات ، البرامج الثابتة أو واجهه المستخدم الرسوميه (GUI) البرمجيات لدعم اي وظيفة المطلوب جديده. والتوجيه وحفظ سجلات البيانات موجهان بالحاسوب ويمكن دمجها مع جداول بيانات أو استدار إلى نظام لقواعد المعطيات. لأنه تم تصميم M.A.P.L.E. للعمل مع النص العادي بفواصل الملفات المحددة ، يمكن بسهوله توسيع اي جدول بيانات أو اي برنامج قاعده معلومات قادره علي استيراد أو تصدير ملفات بتنسيق CSV للعمل مع M.A.P.L.E. وعلاوة علي ذلك ، فان الضميمه المشروع الذي تم تصميمه لهذا النظام يميل الصفيحة الصغيرة نحو المستخدم اثناء عمليات التنضيد ، مما يزيد من بيئة العمل من خلال توفير وضعيه أكثر طبيعيه للمستخدم اثناء وجوده في مقعد المختبر. وتشمل الميزات التشغيلية المحددة لنظام M.A.P.L.E. ما يلي: ' 1 ' تيسير جهود أداره المركبات في اعداد لوحات مخصصه عن طريق إلقاء الاضاءه الجيدة علي المصدر الواحد والمقصد بشكل جيد عبر الصفائح الدقيقة للتوجيه اليدوي لوضع الأنابيب ؛ مساعده من خلال البرنامج النصي الكمبيوتر التي يمكن حفظها علي انها سجل الكترونيه بعد الانتهاء. ' 2 ' يمكن لm.a.p.l.e. ان يضيء اي عدد من الآبار عبر صفوف أو أعمده الصفيحة الصغيرة ؛ والتي هي مناسبه بشكل مثالي لتوجيه التخفيف التسلسلي السريع أو التنسيب اختيار النسخ المتماثل الضوابط. ' 3 ' يمكن استخدام M.A.P.L.E. في طريقه عرض إيضاحيه لتيسير احتياجات التدريب في المختبرات أو إبراز متطلبات التنسيق فيما يتعلق بمواضع العينات والتحكم أو الاستخدام الجيد المخصص (مثل فجوه الحواجز التي تؤثر علي الحافة). ' 4 ' يمكن M.A.P.L.E. الاضاءه الخلفية الشفافة/الآبار الشفافة للسماح بتصور التحف مثل الترسيب/التبلور ، والفقاعات ، والتغاير الجيد ، والآبار الفارغة ؛ الذي يسمح أيضا للمستخدم النهائي للصور بسهوله لوحه صور لاحتياجات الوثائق

Protocol

1. شبه الألى "لوحه إلى لوحه" اعداد نقل عينه

1. إنشاء ملف CSV كما هو موضح في الشكل 1 الذي يحتوي علي لوحات المصدر والوجهة باستخدام تطبيق تحرير جدول البيانات. يجب ان يكون ملف CSV الذي تم إنشاؤه أعمده الراس التالية في الترتيب المسرودة: Source_barcode; Destination_barcode; Source_well; Dest_well; Transfer_volume.
2. ضمن أعمده الراس ، تاكد من تضمين صف واحد في ملف CSV لكل عمليه التحويل المطلوبة (علي سبيل المثال ، نقل العينة) مع المعلومات التالية:
   1. Source_barcode: الباركود الابجديه الرقمية من الصفيحة المصدر ، علي سبيل المثال ، S1007372 ؛ اتركه فارغا إذا لم يقترن الباركود.
   2. Destination_barcode: الباركود الابجديه الرقمية من الصفيحة المصغرة الوجهة ، علي سبيل المثال ، D0573282 ؛ اتركه فارغا إذا لم يقترن الباركود.
   3. Source_well: معرف الصف والعمود الابجديه الرقمية ليكون جيدا لتكون الأنابيب من لوحه المصدر ، علي سبيل المثال ، H10 للصف H (8 الصف^ال ) ، العمود 10 (التسميات القياسية ANSI/slas ، علي سبيل المثال ، A1 ، C10...).
   4. Dest_well: معرف الصف والعمود الابجديه الرقمية ليكون جيدا لتكون الأنابيب من لوحه الوجهة ، علي سبيل المثال ، A3 للصف A (1 الصف^الأول ) ، العمود 3 (التسميات القياسية ANSI/slas ، علي سبيل المثال ، A1 ، C10...).
   5. Transfer_volume: حجم ليتم نقله من source_well في source_barcode إلى dest_well في destination_barcode (رقميه و unitless: عاده في μL).
3. افتح لوحه الموجات الصغيرة المعينة لتوجيه الضوء إلى تطبيق واجهه المستخدم الرسوميه ، والمبينة في الشكل 2، عن طريق فتح برنامج دليل الضوء (مابليلايتجويدي).
4. انقر فوق الزر تحديد ملف cherrypick في الزاوية اليسرى العليا من واجهه المستخدم الرسوميه.
5. استخدم نافذه مستعرض الملفات ، الموضحة في الشكل 3، للانتقال إلى ملف CSV الذي تم إنشاؤه في الخطوات 1.1 و 1.2 أعلاه وانقر فوق الزر فتح . سيقوم التطبيق بتحليل الصف الأول من ملف CSV وإلقاء النور علي الآبار المناظرة في لوحات المصدر والوجهة.
6. استخدام البئر السابقة والأزرار جيدا المقبل ، في الزاوية اليمني العليا من واجهه المستخدم الرسوميه ، ويظهر في الشكل 4، لاجتياز ملف CSV كما هو مطلوب. سيتم تسليط الضوء علي واجهه المستخدم الرسوميه في الرمادي اي الصفوف التي كانت مضاءه مسبقا وتسليط الضوء في البني الصف النشط حاليا.
7. اجراء عمليات الأنابيب حسب الحاجة لنقل العينات بين المصدر جيدا من لوحه المصدر إلى الوجهة بشكل جيد من لوحه الوجهة. ويمكن الاطلاع علي مثال لعمليه الM.A.P.L.E. اليدوية غير المدعمة باليد في الشكل 5، مع مقارنه لطريقه عرض المستخدم الحالي لوضع الأنابيب التي ينظر اليها في الشكل 4 والشكل 6. بالاضافه إلى واجهه المستخدم الرسوميه ، يمكن التحقق من الباركود لوحه من خلال شاشات الكريستال السائل تعلق علي لوحات الاضاءه.
8. المتابعة حتى يتم الوصول إلى نهاية ملف CSV عبر زر البئر التالي . لتحميل ملف CSV جديد ، قد يتم النقر فوق الملف cherrypick Select في اي وقت. للخروج من البرنامج الأحمر X في الزاوية اليمني العليا من واجهه المستخدم الرسوميه يمكن النقر.

2-إضاءات متعددة الآبار للتحويلات الموازية والتخفيفات التسلسلية

1. افتح تطبيق "التخفيف التسلسلي" من خلال فتح برنامج التخفيف التسلسلي (مابليسيريالديلوتيون).
2. استخدم واجهه المستخدم الرسوميه ، الموضحة في الشكل 7 والشكل 8، لتحديد الوضع المطلوب للمعايرة بالمعايرة (العمود أو الصف) ، وكثافة اللوحة ، وصف (صفوف) البدء أو العمود (الاعمده). كما يسمح واجهه المستخدم الرسوميه للمستخدمين بتحديد قناع عمود أو صف للتحكم في المصابيح التي تكون مضيئه في صف أو عمود معين. يسمح هذا باضاءه مجموعه فرعيه من LEDs في صف أو عمود بدلا من إلقاء الأضواء علي الصف أو العمود بأكمله.
3. استخدم الزرين التالي والسابق للخطوة من خلال الصفوف أو الاعمده في التسلسل من صف البدء الاولي أو العمود إلى الصف أو العمود الأخير في اللوحة. في كل مره يتم النقر فوق الزر التالي أو السابق ، فان لوحه الضوء تضيء المصابيح المقابلة من ميكروبلايت.
4. المتابعة حتى يتم الوصول إلى نهاية التسلسل بالمعايرة. للخروج من البرنامج ، انقر فوق الأحمر X في الزاوية اليمني العليا من واجهه المستخدم الرسوميه.

3-التدريب المختبري: تطوير المقايسة وتقنيات تنسيق الفرز

1. ضع الصفيحة المجهرية 96 أو 384 في الدليل الضوئي المحمول. يحتوي الدليل الضوئي المحمول علي بطارية وجميع الكترونيات اللازمة لاستخدامها بشكل مستقل عن الكمبيوتر. يسمح هذا باستخدام الدليل الضوئي المحمول في وضع اليد التي يمكن التحكم فيها بأزرار الضغط المضمنة للتبديل بين أوضاع العرض التوضيحي.
2. استخدم مفتاح تبديل الطاقة علي العلبة الارشاديه الضوئية المحمولة لتشغيل النظام.
3. تحديد وضع دليل الضوء المحمولة لتكون في. وبشكل افتراضي ، سيتم تحميل دليل الضوء المحمول في وضع العرض التوضيحي الافتراضي لنظام "الشام" الذي يوفر للمستخدمين تمثيلا مرئيا للوحه الفحص النموذجية كما يظهر في الشكل 9. في هذا الوضع ، يمكن للمرء استخدام مفتاح pushbutton الحق في الأعلى من دليل ضوء المحمولة للتبديل من خلال أنماط الاضاءه عينه التالية.
   1. جميع الآبار مضاءه باللون الأحمر لمحاكاة الاستغناء عن الكاشف لفحص ، علي سبيل المثال ، (الخلايا المعلقة في وسائل الاعلام).
   2. جميع الآبار مضيئه مع اللون الأصفر لمحاكاة أضافه الكاشف صبغ.
   3. العمود الأول والعمود الأخير من الآبار مضيئه الخضراء ، المتبقية الأوسط "عينه حقل" أعمده مضيئه الأزرق للاشاره إلى لوحه يجري قراءتها علي قارئ اللوحة الدقيقة. الآبار العشوائية في حقل العينة سيكون لها أيضا اللون الأخضر من كثافة متفاوتة لتمثيل الزيارات.
4. للتبديل بين دليل الضوء بين وضع العرض التجريبي لنظام التشغيل ووضع العرض بالمعايرة ، اضغط علي مفتاح الضغط الأيسر. سيؤدي القيام بذلك إلى تبديل الدليل الضوئي المحمول إلى وضع العرض التوضيحي بالمعايرة الذي يوفر دليلا مرئيا للمستخدمين لفهم كيفيه اجراء المعايرات في اللوحات المركبة. عندما يدخل الدليل الضوئي وضع العرض بالمعايرة بالاشعه ، سيحدث ما يلي.
   1. جميع الآبار في العمودين 3 و 13 مضاءه باللون الأصفر.
   2. وتضيء المكابس اللاحقة لمفتاح الضغط الموجود في اقصي اليمين الاعمده في التسلسل ، علي سبيل المثال ، (4 و 14 و 5 و 15 ، وما إلى ذلك).
   3. عندما يتم الضغط علي زر pushbutton بعد الوصول إلى الاعمده 12 و 22 ، يتم أضاءه الآبار في الاعمده 4-12 و 13-22 بكثافة متناقصة من اللون الأصفر لتمثيل المعايرة.
5. لتعديل السلوك الافتراضي للدليل الخفيف ، قم بتوصيل دليل الضوء المحمول إلى جهاز كمبيوتر عبر كبل USB واتبع الإرشادات التفصيلية لتحديث البرامج الثابتة الافتراضية عبر IDE اردوينو التي يمكن العثور عليها علي المشروع جيثب الصفحة⁸. عن طريق تحديث البرامج الثابتة ، يمكنك تعديل هذه الأوضاع لعرض متواليات أخرى أو مجموعات من المصابيح.

4. أضاءه التحف في اللوحات المجهرية

1. ضع الصفيحة المجهرية 96 أو 384 في الدليل الضوئي المحمول.
2. قم بتبديل دليل الاضاءه إلى وضع الاضاءه عن طريق الضغط علي مفتاح التبديل الموجود في اقصي اليسار مرتين.
   ملاحظه: يمكن مشاهده مثال علي الاستخدام العملي لهذا الوضع في الشكل 10 والشكل 11، حيث المركبات قد عجلت من الحل ويمكن ملاحظتها في الجزء السفلي من الصفائح الدقيقة. دون أضاءه الخلفية ، ومعظم الراسب غير مرئية للعين المجردة ، ولكن M.A.P.L.E. الاضاءه الخلفية يكشف عن راسب للتفتيش المستخدم والوثائق الفوتوغرافية.
3. استخدم زر pushbutton الأيمن للتبديل بين مجموعه من ألوان المعرفة مسبقا حسب الحاجة للتطبيق. سوف لوحه ضوء تحويل جميع المصابيح إلى ألوان التالية في تسلسل مع كل دفعه من الزر الأيمن: الأحمر والأزرق والأخضر والبرتقالي والأبيض والبنفسجي والأصفر والنيلي.
4. كخطوه اختياريه ، استخدم كاميرا أو هاتف ذكي لتصوير اللوحة المضيءه لحفظ السجلات أو توثيق العمل.

Results

منصة M.A.P.L.E. قادره علي إلقاء الضوء علي الآبار في 96-و 384 الصفائح الدقيقة بشكل جيد في مجموعه متنوعة من الطرق شكلي المستخدم, السماح بالتحكم المباشر والمستقل من اللون وكثافة الاضاءه في كل بئر. من خلال المساعدة علي تقليل فرص الخطا في عمليات التغليف اليدوي ، يساعد M.A.P.L.E. المستخدمين علي اعداد الصفائح الدقيقة مع زيادة الثقة بان كل بئر يحتوي علي المحتويات المطلوبة. نقل العينات بين لوحات واعداد لوحات التخفيف التسلسلي ، مثل الامثله التي شوهدت في الشكل 12 والشكل 13...

Discussion

من خلال الإفراج عن M.A.P.L.E. كمنصة مفتوحة المصدر ، وقد أدخلنا أداه مختبريه التي توفر الفائدة ، ولكن يمكن أيضا ان تمتد بسهوله لتلبيه الاحتياجات المتطورة للمستخدم النهائي. يعد اعداد عينه الصفيحة الصغيرة بالسطح مهمة شائعه يتم تنفيذها في مجموعه واسعه من بيئات المختبرات ويمكن تحسين هذه المهمة بشكل واضح باستخدام تقنيه مثل M.A.P.L.E.

تم تصميم منصة M.A.P.L.E. خصيصا مع التكيف مع التطبيقات المستقبلية في الاعتبار. يمكن استخراج كل مكون (لوحه الاضاءه الكترونيه ، والبرامج الثابتة ، واجهه المستخدم الرسوميه ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
96 أو 384 بئر صفيحة			دقيقة https://en.wikipedia.org/wiki/Microplate
ضوء ماصة	مساعدة المصدر المفتوح		https://github.com/pierrebaillargeon/Microplate-Assistive-Pipetting-Light-Emitter
ماصة			https://www.jove.com/science-education/5033/an-introduction-to-the-micropipettor
مطياف	بصريات المحيط	USB-650 المد