Toepassingen voor open source Microplate-compatibele verlichtings panelen

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 oplossingen^3,4,5,6,7 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 lezer^12,13 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

Protocol

1. semigeautomatiseerd voorbereiding van de monster overdracht van plaat tot plaat

1. 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.
2. 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:
   1. Source_barcode: alfanumerieke streepjescode van de bron microplaat, bijvoorbeeld S1007372; leeg laten als er geen streepjescode is gekoppeld.
   2. Destination_barcode: alfanumerieke streepjescode van de doel microplaat, bijvoorbeeld D0573282; leeg laten als er geen streepjescode is gekoppeld.
   3. Source_well: alfanumerieke rij-en kolom-id voor goed om uit de bron plaat te worden uitgepist, bijvoorbeeld H10 voor rij H (8^e rij), kolom 10 (ANSI/sla's standaardbron aanduidingen, bijv. a1, C10...).
   4. Dest_well: alfanumerieke rij-en kolom-id voor goed om uit de bestemmings plaat te worden pipetteren, bijvoorbeeld a3 voor rij A (1^St rij), kolom 3 (ANSI/sla's standaardbron aanduidingen, bijv. a1, C10...).
   5. 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).
3. 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).
4. Klik op de knop cherrypick bestand selecteren in de linkerbovenhoek van de GUI.
5. 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.
6. 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.
7. 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.
8. 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

1. Open de Microplate ondersteunende Pipetteer Lichtstraler ' seriële verdunning ' toepassing door het programma voor seriële verdunning (Maple-SerialDilution. exe) te openen.
2. 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.
3. 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.
4. 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

1. 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.
2. Gebruik de Power-Toggle-schakelaar op de draagbare lichtgeleiderbehuizing om het systeem aan te zetten.
3. 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.
   1. Alle putten verlicht met rode kleur om de reagens dosering van een assay te simuleren, bijvoorbeeld (hangende cellen in media).
   2. Alle putten verlicht met een gele kleur om de toevoeging van het kleurstof reagens te simuleren.
   3. 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.
4. 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.
   1. Alle putten in kolom 3 en 13 zijn verlicht met gele kleur.
   2. De daaropvolgende drukpersen van de rechter Drukknopschakelaar verlicht kolommen in volgorde, bijvoorbeeld (4 en 14, 5 en 15, enz.).
   3. 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.
5. 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

1. Plaats een 96-of 384-well microplaat in de draagbare lichtgeleider.
2. 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.
3. 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.
4. Als optionele stap u een camera of smartphone gebruiken om de verlichte plaat te fotograferen voor het bewaren of documenteren van het werk.

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 v...

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 spe...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
96 of 384 wells microplaat			https://nl.wikipedia.org/wiki/Microplaat
Microplate Assistive Pipetting Lichtzender	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