マイクロプレートリーダーの紹介

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General Laboratory Techniques
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JoVE Science Education General Laboratory Techniques
Introduction to the Microplate Reader

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07:51 min
April 30, 2023

Overview

マイクロプレートリーダーは多目的に利用できる測定要機器であり、同時に多数のサンプルを測定することができます。マイクロプレートリーダーを用いて、吸光度、蛍光、発光を測定することが可能です。マルチウェルプレートはマイクロプレートリーダーにとって不可欠な実験器具であり、一度に多くの実験条件を設定することができます。プレートリーダーによる実験では、分析の種類に関わらず検量線を利用し計測値を算出します。既知濃度のサンプルを使用し検量線を作成します。その検量線からの推定、あるいは回帰直線から算出することで、計測値を得ることができます。スタンダード、サンプルと共にブランクとポジティブコントロール、ネガティブコントロールもマルチウェルプレート上にロードし分析することで測定が適正に行われているかどうか確認できます。マルチプレートリーダーは、タンパク質の定量、遺伝子発現、活性酸素種やカルシウム流動のような様々な代謝プロセスの研究に応用されます。

Procedure

マイクロプレートリーダーは広く利用される測定用機器であり、多数のサンプルを同時に測定することができます。

測定には96ウェルプレートのようなマルチウェルプレートを利用します。

マイクロプレートリーダーは実験の種類を問わず使用できます。検量線から、ポジティブコントロールやネガティブコントロールと同時に実験サンプルの値を計測できます。

マイクロプレートリーダーにはいろいろな形状や大きさがあり、設定方法もそれぞれ異なります。多彩な機能が備えられ、多種多様な分析に対応できます。例えば、測定モードを切り替えることで、吸光度、蛍光、発光等を測定できるようになります。

マルチウェルプレートはマイクロプレートリーダーに欠かせない器具です。これにサンプルを注入し、機械で測定します。いろいろなサイズのものがあり、底の形状やウェルの数も様々です。各分析に適したプレートを選択します。

ローディングトレイに96ウェルプレートをのせ機械にセットします。

通常コンピューターインターフェイスを利用し、プレートの測定や、波長、モードなどの条件を設定します。ソフトウェアは、グラフィカルユーザーインターフェイスで、サンプルがロードされたウェルのみを選択できます。

マルチチャンネルピペットはマルチウェルプレートにサンプルをロードするためによく使用される器具です。また、シングルチャンネルピペットも使用できます。

サンプルとスタンダードはピペッティングエラーを補正するために2つか3つずつウェルにロードします。

検量線用に既知濃度のサンプルを準備し、複数の吸光度を測定します。このデータを使ってサンプル濃度を割り出すための検量線を作成します。

ブランクはサンプルを含んでおらず、実験の目的とする反応とは関係性がありません。これは使用するバッファーや化合物がどれだけ実験結果に影響するのか特定するために準備します。この測定で得られた値を「バックグラウンド」と呼びます。

ポジティブコントロールにより適正な分析が行われたか判断できます。これは良い値の基準となります。ネガティブコントロールは、何も測定されず又影響されない値になります。ここでは何の結果も出ないはずです。

プレートの準備が整ったら機械にセットしましょう。間違ったサンプルを測定しないように、又プレートの向きが逆にならないようにトレイの正しい位にプレートをのせて下さい。測定する際には、トレイを装置に無理やり押し込まず、またサンプルが装置にこぼれないように注意しましょう。

サンプルをトレイにのせたら、プレートの測定を開始する前に、モード、波長、ウェルの測定順序などの条件を設定します。

条件設定後、測定を開始します。プレートリーダーによる測定結果はソフトウェアにより処理されます。

測定が完了したら、検量線用のサンプルを含む全てのサンプルからバックグラウンドとなるブランクの平均値を差し引きます。

その後、既知濃度のサンプルの値を各測定値、この場合吸光度に対してプロットします。

プロットに基づいて、線形回帰を利用し最適な検量線が算出されます。

この作業は、表計算プログラムを利用することで簡単に行えます。

決定係数とは得られた検量線が実測値にどの程度当てはまるかを表す統計的尺度であり、0.9から0.99が理想的な値です。最も理想的な値は0.99であり、直線とデータが完璧に一致することを意味します。

最適な検量線を利用し、サンプルとコントロール、各ウェルの濃度を算出できます。吸光度の値をYに代入し濃度xの値を計算します。

あるいはY軸上の吸光度から検量線に向かって線をひき、そこからX軸の値を読み取ることにより濃度を決定することも可能です。

多くのマイクロプレートリーダーで吸光度の測定が可能です。吸光度は対象物への入射光の強さと透過光の強さの対数比で表されます。

ブラッドフォード法は、マイクロプレートリーダーによる吸光度分析の一例です。サンプルと共にブラッドフォード試薬をプレートに加え、試薬とサンプル中のタンパク質の結合による吸光度のシフトを利用した分析法です。

蛍光検出では、蛍光色素を特定波長光で活性化させ、その後励起させることにより複数の波長で発光することを利用し分析できます。

光感受性の試薬を使用するときは、光退色防止のためにカバーをして、実験を進めてください。

化学反応による発光を利用した分析では、一般にルシフェラーゼを使用します。ルシフェラーゼは種類が豊富で、例えば蛍由来のものがあります。ルシフェラーゼは酸素、ATP、マグネシウムと反応し発光します。

発光を利用した分析には数多くの応用方法があります。例えば、がん細胞の活性酸素種の生成を検出測定するために利用されています。

その他にも、マイクロプレートリーダーを利用して384及び1536ウェルプレートのハイスループットアッセイが行われています。この解析では、ロボットによりサンプルがロードされます。そのロボットではありません。非常に正確なサンプル操作がプログラムされたロボットです。

ここまでJoVEマイクロプレートリーダー編をご覧いただきました。このビデオでは、マイクロプレートリーダーの基本概念、その使用方法、操作方法、測定結果の解析法、そして応用例を紹介しました。ご覧いただきありがとうございました。

Transcript

The microplate reader is a widely-used instrument that allows for many samples to be simultaneously measured, as if many miniscule experiments were being performed at the same time.

This apparatus is used in conjunction with multiwell plates, like the 96 well plate.

Regardless of the type of experiment run with the microplate reader, standard curves are often used to determine the value of experimental samples, as well as positive and negative controls.

Microplate readers come in different shapes, sizes and set-ups. Many microplate readers have multimodal capabilities allowing for many different assays to be performed. These modalities include the ability to perform different types of measurements, such as absorption, fluorescent, and luminescent measurements.

Multiwell plates are integral components to the microplate reader and are used to hold the samples that are measured by the machine. These plates can be different sizes, have different types of well bottoms and different numbers of wells. The type of plate used depends upon the assay.

The loading tray is used to bring the 96-well plate into the machine.

A computer interface is typically used to operate the plate reader and control its settings and parameters, such as the wavelength and mode. The plate reader software has a graphical user interface of the plate that allows you to select which wells are loaded with samples.

Multichannel pipettes are often used to load multi-well plates. The reservoirs hold the solutions for the multichannel pipette.

Wells can sometimes be loaded using a standard single channel pipette.

Samples and standards are loaded either in duplicate or triplicate to account for any pipetting errors. Here you see a plate loaded in triplicate.

The standard curve uses samples with known concentrations, which yield different absorbance values. This data is then used to create a graph where a line of best fit is generated.

The blank is used to determine the extent of your measurement that is not experimentally relevant and is due to the buffers in which your sample is diluted or reagents to which your sample is exposed. The values obtained from these measurements are called the “background”. The blank does not contain any sample.

The positive control indicates whether or not the assay has worked properly. It gives a good result. The negative control is a control variable where no measurement/effect is expected to be observed. It should not yield any result..

Once the plate is set up, it’s time to load the samples. To prevent measuring the wrong samples or loading the plate the wrong way, it is critical to orient the plate correctly in the loading tray. Remember to exercise caution when loading samples in the tray, so as not to force the tray into the instrument or catch ones extremities inside the instrument.

Once the tray is loaded, parameters such as the mode, wavelength and well loading order are set in the software before the plate is read.

After the parameters are set, the plate is read, and the reader generates a read-out of values within the software.

Once the plate is read, use the average value of the blank samples to subtract the background from all samples including the standard curve.

After reading, the known concentration values for the standards are plotted against their respective measured values, absorbance in this case.

When the values have been plotted, the line of best fit can be calculated using a linear regression. This can be easily done using a spreadsheet program.

The coefficient of determination, a statistical measure of how well the line predicts actual data points, should be between 0.90-0.99, with 0.99 being considered the best value and signifies that the line fits the data perfectly.

Using the line of best fit, we can calculate the concentration values of experimental samples or controls in each well by plugging in the absorbance value for Y and then solving the equation for X. Concentration values can also be estimated by drawing a line from the absorbance value on the Y axis to the best fit line and then down to the X axis.

Many types of microplate readers measure absorbance, which is defined as the logarithmic ratio of light falling upon an object to the light transmitted through an object.

The Bradford assay is an example of an absorbance-based microplate reader assay, where protein samples are added to the plate with the “Bradford” reagent. This compound binds to the proteins in the sample, and cause a shift in its absorbance.

In fluorescent-based assays, a fluorochrome is activated by a certain wavelength of light and in turn causes excitation of the fluorochrome, which emits light at a different wavelength.

When working with light sensitive reagents, be sure to keep them covered to prevent photobleaching and ruining the experiment.

Luminescent assays emit light via a chemical reaction and often use luciferase. Luciferase comes from a number of sources such as fireflies. In a luciferase reaction, light is emitted when luciferase encounters oxygen, ATP, and magnesium in a series of reactions.

Luminescent assays have many different applications. An example of this application is measuring the production and detection of reactive oxygen species in cancers.

Other applications, which use microplate readers, include high-throughput assays using 384- and 1536-wells. In these assays, plates are loaded by a robot. No, not that kind of robot. A programmable robot which automates extremely precise sample handling.

You’ve just watched JoVE’s introduction to the microplate reader. In this video, we showed what a microlate reader is(A), how it is used(B), how to operate this instrument(C), how to interpret microplate reader data, and some applications using a microplate reader(D). Thank you for watching.