יישומים ללוחות תאורה בקוד פתוח מיקרופלייט

Summary

מסייעת מיקרוליטוף האור פולט (M.A.P.L.E.) הוא מכשיר מונחה מחשב שמאיר באופן שיטתי בארות מיקרוטיטר כדי לספק הדרכה להכנה ידנית של מיקרופלטות.  M.A.P.L.E. משפרת את הדיוק של הכנה למיקרו-פלטה, בעוד שמירה על הנתונים מאוטומציה.  בנוסף, הוא יכול לסייע בבדיקת איכות המיקרופלטה או סיוע באיתור שגיאות.

Abstract

מיקרופלטות משמשות בדרך כלל בסביבת המעבדה המודרנית עבור מגוון רחב של משימות הן בפעולות ספסל בקנה מידה קטן המעבדה, כמו גם מסעות בקנה מידה גדול לסינון תפוקה גבוהה (HTS). למרות אוטומציה מעבדה הגביר מאוד את כלי השירות של מיקרופלטות שם נשארים מקרים בהם מכשור אוטומציה מבוסס אינו אפשרי, חסכוני או תואם לצרכי עיצוב microplates. במקרים אלה, יש להכין מיקרופלטות באופן ידני. בעייתי מניפולציות מיקרופלייט ידני הוא כי מספר קשיים יכולים לנבוע מעקב מדויק של פעולות לדוגמה, שמירה על רשומות נתונים ובקרת איכות (QC) בדיקה עבור ממצאים או עיצוב שגיאות. כאשר מיקרופלייט היטב מגדיל את הגידול (כלומר, 96-ובכן, 384-ובכן, 1536-ובכן) הפוטנציאל להציג שגיאות מגדיל גם באופן דרסטי.  יתר על כן, עבור מעבדה קטנה הספסל העליון פעולות קיים צורך לשפר את הקלות והדיוק של הטיפול במדגם בצורה חסכונית. להלן, אנו מתארים מערכת שפועלת כמדריך ליטוף למחצה אוטומטי המכונה מסייעת מיקרופלייט ליטוף פולט אור (M.A.P.L.E.).  M.A.P.L.E. יש מספר שימושים לתמיכה מתחם לקטוף פגע ומיקרופלייט הכנה לפיתוח שיטת ההקרנה בתפוקה גבוהה או פעולות ספסל המעבדה, כמו גם QC/הבטחת איכות (QA) אבחון הערכה של אימונולוגיה איכות או להמחיש שגיאות העיצוב היטב.

Introduction

כפי שפורסם לאחרונה¹, המעבדה זיהוי העופרת ב סקריפס מחקר² פיתחה ושוחרר פאנל תאורה פתוח עבור הכנה אימונולוגיה המכונה מסייעת מיקרופלייט ליטוף פולט אור (M.A. P.L.E.). הכנת ידני של מיקרופלטות, בין אם הם נעשים עבור ניהול מורכבים או ביולוגי צרכים, יכול להיות נוטה שגיאות אנושיות כי להגדיל באופן דרסטי כמו צפיפות של מיקרולוח גדל. בנוסף, הרשומות המתאימות ורישום נתונים של מיקרופלייט תוכן/פורמט הוא גם נוטה שגיאות כניסה ידנית. במתקני אוטומציה של הקרנת תפוקה גבוהה (HTS) בעיות אלה מוקלטות באמצעות תחנות עבודה רובוטיות מונחות מחשב המשולבות עם העברת רשומות מסדי נתונים אוטומטית; מזעור מניפולציות ידניות והפחתת הפוטנציאל של שגיאות עיצוב והקלטת נתונים. עם זאת, קיימים מקרים רבים שבהם מכשור מבוסס אוטומציה אינו אפשרי או תואם לצורכי עיצוב אימונולוגיה, המחייב התערבות ידנית. יתרה מזאת, יש גם צורך לתמוך בפעולות במעבדה בקנה מידה קטן הדורשות קומפקטי וחסכוני התקנים חצי אוטומטיים כדי לשפר את התפוקה שלהם, דיוק ולהפוך נתונים לאוטומטיים-שמירה של הכנה אימונולוגיה.

בעוד מערכות מיקרו לוחיות תאורה אחרות קיימות, הן פתרונות מסחריים קנייניים^{3,4,5,6, 7 מוגבל} כדי לבחור תבניות אימונולוגיה והקניינית שלהם טבע מקור סגור מונע שינויים מונחי-משתמש שיאפשרו לעיבוד התקנים אלה עבור פעולות מיוחדות.  M.A.P.L.E. תוכנן להיות מכשיר מקור פתוח זול, עם קוד המקור ואת כל קבצי העיצוב הזמינים עבור מקוון חינם⁸. משתמשים עם ידע של משטח לפני הלחמה טכניקות להרכיב התקנים M.A.P.L.E. שלהם עם הקוד והעיצוב קבצים זמינים על GitHub, או שהם יכולים לשנות את שסופקו לוחות מעגלים מודפסים (Pcb) עיצובים, 3D מארז הדפסה בעזרת מחשב מודלים וקוד עיצוב (CAD) כדי לענות על הצרכים הספציפיים שלהם. רשימה מלאה של החלקים הדרושים כדי להמציא את Pcb מדריך אור ניתן למצוא בטבלאות משלימות 1 ו- 2 ופרטים נוספים לגבי העיצוב והיישום של לוחות האור ניתן למצוא לאחרונה לאור תיעוד¹. משתמשים המעוניינים לרכוש מראש מדריך אור Pcb בהתבסס על הקבצים קוד פתוח יכול למצוא אותם המפורטים באינטרנט⁹.

M.A.P.L.E. מספק למשתמש פאנל תאורה הניתן לשליטה בקלות שיש לו טביעת רגל מבוססת microplate ומרווח LED-to-LED התאמה לחברה עבור הקרנה ביוקולולקולרית (SBS) מפרטים עבור microplate¹⁰. M.A.P.L.E. פותחה כדי לתמוך 96-ו 384-היטב מיקרופלטות צפיפות ולאפשר למשתמשים להאיר בארות בכל תצורה רצויה, צבע ועוצמה. לוחות אור אלה יכולים לשמש כדי להאיר מיקרופלטות עבור פעולות ליטוף¹¹, כדי לדמות פעולות עיצוב מעבדה או מכשירים כגון קורא מיקרופלייט^12,13 לחינוך והדגמה מטרות. אופי הקוד הפתוח של הפרוייקט מאפשר למשתמשים לשנות בקלות את הפאנלים, הקושחה או ממשק המשתמש הגרפי (GUI) כדי לתמוך בכל הפונקציונליות הרצויה חדשה. הדרכה והמרת נתונים הם מונחי-מחשב וניתן לשלבם בגליונות אלקטרוניים או מועבר למערכת מסד נתונים. מכיוון ש-M.A.P.L.E. מתוכנן לעבוד עם קבצים מופרדים באמצעות פסיקים, כל גיליון אלקטרוני או תוכנת מסד נתונים המסוגל לייבא או לייצא קבצים בתבנית CSV ניתן להרחיב בקלות לעבודה עם M.A.P.L.E. עוד, מארז הפרויקט אשר תוכנן עבור מערכת זו מטה את המיקרופלייט לכיוון המשתמש במהלך פעולות pipetting יטוף, הגדלת ארגונומיה על ידי מתן יציבה טבעית יותר עבור המשתמש תוך כדי ספסל המעבדה. תכונות מבצעיות ספציפיות למערכת M.A.P.L.E. כוללות: (i) הקלה על מאמצי ניהול מורכבים בהכנת צלחות מותאמות אישית על ידי הארת מקור יחיד היטב והיעד היטב על פני מיקרופלטות לקבלת הדרכה ידנית; באמצעות קובץ script של מחשב שניתן לשמור כהשלמה להודעת רשומה אלקטרונית. (ii) M.A.P.L.E. יכול להאיר כל מספר של בארות על פני שורות או עמודות מיקרולוח; אשר מתאים באופן אידיאלי עבור דילול סדרתי מהיר הדרכה או מיקום של שכפול בחירה של פקדים. (iii) ניתן להשתמש ב-M.A.P.L.E. במצב הדגמה כדי להקל על צורכי ההדרכה במעבדה או להדגיש את דרישות העיצוב לגבי מיקומי מדגם ובקרה או שימוש ייעודי היטב (למשל, פער המכשול של אפקט הקצה). (iv) M.A.P.L.E. יכול לתאורה אחורית שקוף/שקוף בארות כדי לאפשר ויזואליזציה של חפצים כגון משקעים/התגבשות, בועות, טוב טרוגניות, בארות ריקות; אשר גם מאפשר למשתמש הקצה לצלם תמונות לוחית בקלות עבור צורכי התיעוד

Protocol

1. לוחית חצי אוטומטית "צלחת לצלחת" הכנת העברה לדוגמה

1. צור קובץ CSV כמוצג באיור 1 המכיל את לוחיות המקור והיעד באמצעות יישום עריכת גיליון אלקטרוני. קובץ ה-CSV שנוצר חייב לכלול את עמודות הכותרת הבאות לפי הסדר המפורט: Source_barcode; Destination_barcode; Source_well; Dest_well; Transfer_volume.
2. תחת עמודות הכותרת, הקפד לכלול שורה אחת בקובץ ה-CSV עבור כל פעולה מבוקשת (כלומר, העברה לדוגמה) עם המידע הבא:
   1. Source_barcode: ברקוד אלפאנומרי של מיקרופלייט המקור, למשל, S1007372; השאר ריק אם לא משויך ברקוד.
   2. Destination_barcode: ברקוד אלפאנומרי של מיקרופלייט היעד, למשל, D0573282; השאר ריק אם לא משויך ברקוד.
   3. Source_well: מזהה שורה ועמודה אלפאנומריים עבור היטב כדי להיות מפודים מלוחית המקור, לדוגמה, H10 עבור^{שורה H (8} שורה), עמודה 10 (ANSI/slas תקן היטב כינוים, למשל, A1, C10...).
   4. Dest_well: מזהה שורה ועמודה אלפאנומריים עבור היטב כדי להיות מפודים מלוח היעד, לדוגמה, A3 עבור^{שורה A (1} בשורה), עמודה 3 (ANSI/slas תקן היטב כינוים, למשל, A1, C10...).
   5. Transfer_volume: אמצעי האחסון שיש להעביר מsource_well בsource_barcode לdest_well בdestination_barcode (מספרי ויונידילס: בדרך כלל ב-μL).
3. פתח את מסייעת מיקרולוח ליטוף פולט אור צלחת הלוח ליישום GUI, המוצג באיור 2, על ידי פתיחת תוכנית מדריך אור (Maple-LightGuide. exe).
4. לחץ על לחצן בחירת קובץ cherrypick בפינה השמאלית העליונה של GUI.
5. השתמש בחלון דפדפן הקובץ, המוצג באיור 3, כדי לנווט לקובץ ה-CSV שנוצר בשלבים 1.1 ו-1.2 לעיל ולחץ על לחצן פתח . היישום ינתח את השורה הראשונה של קובץ ה-CSV ויאיר את הבארות המתאימות בלוחות המקור והיעד.
6. השתמש בלחצנים הטוב הקודם והטוב הבא , בפינה הימנית העליונה של GUI, המוצגת באיור 4, כדי לעבור את קובץ ה-CSV כרצונך. GUI יהיה להדגיש באפור כל שורות אשר כבר מואר בעבר ולהדגיש חום השורה הפעילה כעת.
7. בצע ליטוף פעולות לפי הצורך כדי להעביר דגימות בין המקור היטב לוחית המקור ליעד היטב של לוחית היעד. באיור 5ניתן לראות דוגמה לM.A.P.L.E. ליטוף יד בלתי מודרכת, בהשוואה לתצוגת המשתמש הנוכחית שנראית באיור 4 ובאיור 6. בנוסף GUI המשתמש, ברקודים ניתן לאמת באמצעות תצוגת ה-LCD המצורפת ללוחות תאורה.
8. המשך עד שסוף קובץ ה-CSV יגיע באמצעות לחצן הבאר הבא . כדי לטעון קובץ CSV חדש, ניתן ללחוץ על קובץ cherrypick בכל עת. כדי לצאת מהתוכנית X אדום בפינה הימנית העליונה של GUI ניתן ללחוץ.

2. תאורות מרובות-היטב להעברות מקבילות ולדילול סדרתי

1. פתח את מסייעת מיקרולוח ללטף את יישום הדילול הסדרתי של פולט אור על ידי פתיחת תוכנית הדילול הטורי (Maple-SerialDilution. exe).
2. השתמש ב-GUI, המוצג באיור 7 ובאיור 8, כדי לציין את מצב הטיטור הרצוי (עמודה או שורה), צפיפות צלחת ושורות התחלה או עמודה (ות). GUI גם מאפשר למשתמשים לציין עמודה או מסכת שורה כדי לקבוע אילו נוריות בשורה נתונה או עמודה מוארים. דבר זה מאפשר לאור קבוצה של נוריות בשורה או בעמודה להיות מוארים במקום להאיר את השורה או העמודה כולה.
3. השתמש בלחצנים הבאים והקודמים כדי לדפדף בין השורות או העמודות ברצף מתוך השורה או העמודה ההתחלתית לשורה או לעמודה האחרונה בלוח. בכל פעם שהלחצן הבא או הקודם נלחץ, הפאנל האור יאיר את הנוריות המתאימות של המיקרו-לוחית.
4. המשך עד לסיום רצף הטיטור. כדי לצאת מהתוכנית, לחץ על X אדום בפינה הימנית העליונה של GUI.

3. הכשרת מעבדה: פיתוח ושיטות בפורמט הקרנה

1. מניחים 96-או 384-ובכן אימונולוגיה לתוך מדריך אור נייד. מדריך האור הנייד מכיל סוללה וכל האלקטרוניקה הנחוצה לשימוש ללא תלות במחשב. זה מאפשר את מדריך האור הנייד לשמש במצב כף יד אשר ניתן לשלוט עם נעצים מוכללים לעבור בין מצבי הדגמה.
2. השתמש במתג ההפעלה הדו של מארז מדריך התאורה הנייד כדי להפעיל את המערכת.
3. קבע את המצב עבור מדריך התאורה הנייד שישמש. כברירת מחדל, מדריך האור הנייד ייטען במצב הדגמה של Hts המהווה ברירת מחדל, המספק למשתמשים ייצוג חזותי של צלחת שיטת הפעולה האופיינית כפי שנראה באיור 9. במצב זה, ניתן להשתמש במתג הלחצן הימני בחלק העליון של מדריך התאורה הנייד כדי לעבור בין דפוסי התאורה הבאים לדוגמה.
   1. כל הבארות מוארים בצבע אדום כדי לדמות את הדבקות הכימית של שיטת הפעולה, למשל (תאים מושעים במדיה).
   2. כל הבארות מוארות בצבע צהוב להדמיית תוספת מגיב לצבע.
   3. העמודה הראשונה והעמודה האחרונה של בארות מואר ירוק, שנותר באמצע ' מדגם השדה עמודות כחול מואר כדי לציין צלחת לקרוא על הקורא מיקרופלייט. בארות אקראיות בשדה לדוגמה יהיה גם צבע ירוק של עוצמה משתנה כדי לייצג כניסות.
4. כדי להחליף את מדריך האור בין מצב הדגמה של Hts לבין מצב הדגמה של טיטור , לחץ על מתג לחצן הדחיפה השמאלי. פעולה זו תחליף את מדריך האור הנייד למצב הדגמה של טיטור , המספק מדריך חזותי למשתמשים להבין כיצד ניתן לבצע את החדירות בלוחות מורכבים. כאשר מדריך האור נכנס למצב הדגמה של טיטור , יתרחשו הפעולות הבאות.
   1. כל הבארות בטור 3 ו -13 מוארות בצבע צהוב.
   2. ההקשה הבאה על מתג הלחצן הימני ביותר מאירה את העמודות ברצף, לדוגמה, (4 ו-14, 5 ו -15 וכו ').
   3. לאחר לחיצה על לחצן הנעצים לאחר עמודות 12 ו-22 מגיעים, בארות בעמודות 4-12 ו-13-22 מוארות בעוצמה יורדת של צהוב כדי לייצג את טיטור.
5. כדי לשנות את אופן הפעולה המהווה ברירת מחדל של מדריך האור, חבר את מדריך האור הנייד למחשב באמצעות כבל USB ובצע את ההוראות המפורטות לעדכון הקושחה המהווה ברירת מחדל באמצעות ה-IDE של Arduino אשר ניתן למצוא בעמוד הפרוייקט GitHub⁸. על-ידי עדכון הקושחה, באפשרותך לשנות מצבים אלה כדי להציג רצפים אחרים או ערכות של נוריות Led.

4. תאורה של ממצאים במיקרופלטות

1. מניחים 96-או 384-ובכן אימונולוגיה לתוך מדריך אור נייד.
2. העבר את מדריך האור למצב תאורה על-ידי לחיצה על מתג הלחצן השמאלי ביותר פעמיים.
   הערה: דוגמה של השימוש המעשי במצב זה ניתן לראות באיור 10 ובאיור 11, כאשר תרכובות יש זירז מתוך הפתרון ניתן לצפות בחלק התחתון של מיקרופלטות. ללא תאורה בעלת תאורה אחורית, רוב הזרז הוא בלתי נראה לעין העירומה, אבל התאורה האחורית של M.A.P.L.E. מגלה מזרז לבדיקת משתמשים ותיעוד צילומי.
3. השתמש בלחצן הימני כדי לעבור בין ערכה של צבעים מוגדרים מראש לפי הצורך עבור היישום. פאנל אור יהפוך את כל נוריות על הצבעים הבאים ברצף עם כל דחיפה של הלחצן הימני: אדום, כחול, ירוק, כתום, לבן, סגול, צהוב, אינדיגו.
4. כצעד אופציונלי, השתמש במצלמה או בטלפון החכם כדי לצלם את הצלחת המואר עבור הרשומות או תיעוד העבודה.

Results

פלטפורמת M.A.P.L.E. מסוגל להאיר בארות ב 96-ו 384-ובכן microplates במגוון דרכים להגדרה של המשתמש, המאפשר שליטה ישירה ועצמאית של צבע ועוצמת אור בכל באר. על-ידי סיוע בהפחתת הזדמנויות לטעויות בפעולות מפיג ידני, M.A.P.L.E. מסייע למשתמשים להכין מיקרופלטות ביטחון מוגבר שכל אחד מהם מכיל בתוכו את התוכן הרצוי. העברת דגימות בין צלחות והכנת לוחיות דילול טוריות, כגון הדוגמאות שנראו באיור 12 ואיור 13, יכולה להתבצע ללא חשש כי המשתמש תוסח במהלך עבודתם ויאבד את המעקב אחר ה פעולו...

Discussion

על-ידי שחרור M.A.P.L.E. כפלטפורמה קוד פתוח, הצגנו כלי מעבדה המספק שירות, אך ניתן גם להרחיב בקלות כדי לענות על הצרכים המתפתחים של משתמש הקצה. הכנה לדוגמה מיקרולוחית הספסל היא משימה נפוצה המבוצעת במגוון רחב של סביבות מעבדה ומשימה זו ניתן לשפר הדגמה עם טכנולוגיה כגון M.A.P.L.E.

פלטפורמת M.A.P.L.E. תוכנן במיוחד עם הסתגלות ליישומים עתידיים בראש. ניתן לחלץ כל רכיב (לוח תאורה אלקטרוני, קושחה, GUI, מארז) לשימוש בנפרד, המשמש כחלק מהמערכת הגדולה או כל שילוב ביניים שלהם. לדוגמה, מארז הפרוייקט המודפס תלת-...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
96 או 384 באר מיקרופלייט			https://en.wikipedia.org/wiki/Microplate
מיקרופלייט מסייע פולט אור	פתוח
https://github.com/pierrebaillargeon/Microplate-Assistive-Pipetting-Light-Emitter פיפטור			https://www.jove.com/science-education/5033/an-introduction-to-the-micropipettor
ספקטרומטר	אופטיקה אוקיינוס	USB-650 גאות