Aplicações para painéis de iluminação compatíveis com microplate de código aberto

Summary

O emissor de luz de pipetagem de microplacas (M.A.P.L.E.) é um dispositivo orientado por computador que ilumina sistematicamente os poços de microtitula para fornecer orientação para a preparação manual de microchapas.  M.A.P.L.E. melhora a exatidão da preparação do microplate ao automatizar o Recordkeeping dos dados.  Além disso, ele pode ajudar com a análise de qualidade microplate ou ajuda na detecção de erros.

Abstract

As microplacas são comumente usadas no ambiente de laboratório moderno para uma ampla variedade de tarefas, tanto em operações de bancada de laboratório em pequena escala como em campanhas de triagem de alta produtividade (HTS) de grande escala. Embora a automação laboratorial tenha aumentado consideravelmente a utilidade das microplacas, permanecem instâncias em que a instrumentação baseada em automação não é viável, rentável ou compatível com as necessidades de formatação de microplaca. Nestes casos, as microplacas devem ser preparadas manualmente. Problemático às manipulações manuais do microplate é que um número de dificuldades pode surgir a respeito do seguimento exato das operações da amostra, da manutenção do registro dos dados e da inspeção do controle de qualidade (QC) para artefatos do poço ou erros de formatação. Como as densidades do microplate aumentam (isto é, 96-well, 384-bem, 1536-well) o potencial para introduzir erros igualmente aumenta dràstica.  Além disso, para as operações de laboratório de bancada de pequeno porte existe a necessidade de melhorar a facilidade e precisão de manipulação de amostras de forma rentável. Nisto, nós descrevemos um sistema que actue como um guia de pipetagem semiautomatizado referido como o emissor de luz de pipetagem de microplate Assistive (M.A.P.L.E.).  M.A.P.L.E. tem usos múltiplos para o apoio composto da batida-colheita e a preparação do microplate para o desenvolvimento do ensaio na seleção da elevado-produção ou nas operações do de bancada do laboratório, assim como a avaliação diagnóstica do QC/garantia de qualidade (QA) do microplate qualidade ou visualizando erros de formatação bem.

Introduction

Como recentemente publicado¹, o laboratório de identificação de chumbo na Scripps Research² desenvolveu e lançou um painel de iluminação de código aberto para preparação de microplacas referido como o emissor de luz de pipetagem de microplate Assistive (M.A. P.L.E.). A preparação manual de microplacas, se são feitas para a gerência composta ou as necessidades do bio-ensaio, podem ser propensas aos erros humanos que aumentam dràstica assim que a densidade do microplate aumenta. Além disso, a gravação adequada e o registro de dados de conteúdo/formato de microplacas também são propensos a erros de entrada manual. Em instalações de automação de alta taxa de transferência (HTS), esses problemas são atenuados por meio do uso de estações de trabalho robóticas controladas por computador que são integradas com a manutenção de registros automatizada de banco de dados; minimizando manipulações manuais e reduzindo o potencial de erros de formatação e gravação de dados. No entanto, permanecem muitos casos em que a instrumentação baseada em automação simplesmente não é viável ou compatível com as necessidades de formatação de microplacas, exigindo intervenção manual. Além disso, há também a necessidade de apoiar as operações de laboratório de pequena escala que necessitam de dispositivos semiautomatizados compactos e rentáveis para melhorar a sua produção, precisão e automatizar a gravação de dados de preparação de microplacas.

Quando outros sistemas da iluminação do microplate existirem, são soluções comerciais proprietárias^3,4,5,6,7 limitadas para selecionar formatos do microplate e seu proprietário natureza de código-fonte fechado impede modificações orientadas pelo usuário que permitiria a adaptação desses dispositivos para operações especializadas.  M.A.P.L.E. foi projetado para ser um dispositivo de fonte aberta barato, com código fonte e todos os arquivos de design disponíveis gratuitamente on-line⁸. Os usuários com conhecimento de técnicas de solda de montagem de superfície podem montar seus próprios dispositivos M.A.P.L.E. com os arquivos de código e design disponíveis no GitHub, ou podem modificar os designs de placas de circuito impresso (PCBs) fornecidos, gabinete de impressão 3D auxiliado por computador modelos de design (CAD) e código para atender às suas necessidades específicas. Uma lista completa de peças necessárias para fabricar o guia de luz PCBs pode ser encontrada em tabelas complementares 1 e 2 e mais detalhes sobre o projeto e implementação dos painéis de luz pode ser encontrado em recentemente publicado documentação¹. Os usuários que desejam comprar PCBs guia de luz pré-montados com base nos arquivos de código aberto podem encontrá-los listados on-line⁹.

M.A.P.L.E. fornece o usuário com um painel facilmente verificável da iluminação que tenha uma pegada microplate-baseada e um afastamento LED-à-conduzido combinaram às especificações da sociedade para a seleção biomolecular (SBS) para microplates¹⁰. M.A.P.L.E. foi desenvolvido para apoiar 96-e 384-bem densidade microplates e permitir que os usuários para iluminar poços em qualquer configuração desejada, cor e intensidade. Estes painéis leves podem ser usados para iluminar microplates para operações de pipetagem¹¹, para simular^{operações de formatação} de laboratório ou instrumentos como um^{leitor de}microplacas^12,13para educação e demonstração Fins. A natureza de código aberto do projeto permite que os usuários modifiquem facilmente os painéis, o firmware ou o software da interface gráfica do usuário (GUI) para suportar toda a funcionalidade desejada nova. A orientação e a manutenção de registros de dados são controladas por computador e podem ser integradas com planilhas ou portadas para um sistema de banco de dados. Porque M.A.P.L.E. é projetado para trabalhar com arquivos separados por vírgulas de texto sem formatação, qualquer planilha ou software de banco de dados que é capaz de importar ou exportar arquivos formatados CSV pode ser facilmente estendido para trabalhar com M.A.P.L.E. Além disso, o gabinete do projeto que foi projetado para este sistema inclina a microplaca para o usuário durante as operações de pipetagem, aumentando a ergonomia, proporcionando uma postura mais natural para o usuário, enquanto no banco de laboratório. As características operacionais específicas do sistema M.A.P.L.E. incluem: (i) facilitar os esforços de manejo composto na preparação de chapas personalizadas, iluminando bem a fonte única e destino bem através de microplacas para orientação manual de pipetagem; assistida através de um script de computador que pode ser salvo como um registro eletrônico após a conclusão. (II) M.A.P.L.E. pode iluminar todo o número de poços através das fileiras ou das colunas do microplate; que é serido idealmente para a orientação ou a colocação rápida da diluição de série de controles seleto da repetição. (III) M.A.P.L.E. pode ser usado em um modo de demonstração para facilitar as necessidades de treinamento de laboratório ou destacar requisitos de formatação em relação aos posicionamentos de amostra e controle ou uso de poço dedicado (por exemplo, Gap-efeito barreira lacuna). (IV) M.A.P.L.E. pode backlight transparente/translúcido poços para permitir a visualização de artefatos como a precipitação/cristalização, bolhas, bem heterogeneidade, poços vazios; que também permite que o usuário final fotografe facilmente imagens de placas para necessidades de documentação

Protocol

1. preparação semiautomatizada da transferência da amostra da "placa à placa"

1. Gere um arquivo CSV como mostrado na Figura 1 contendo placas de origem e de destino usando um aplicativo de edição de planilha. O arquivo CSV que é gerado deve ter as seguintes colunas de cabeçalho na ordem listada: Source_barcode; Destination_barcode; Source_well; Dest_well; Transfer_volume.
2. as colunas de cabeçalho, certifique-se de incluir uma linha no arquivo CSV para cada operação de pipetagem desejada (ou seja, transferência de amostra) com as seguintes informações:
   1. Source_barcode: código de barras alfanumérico da microplaca de origem, por exemplo, S1007372; Deixe em branco se nenhum código de barras está associado.
   2. Destination_barcode: código de barras alfanumérico da microplaca de destino, por exemplo, D0573282; Deixe em branco se nenhum código de barras está associado.
   3. Source_well: identificador de linha e coluna alfanumérico para bem ser pipetado da placa de origem, por exemplo, H10 para a linha H (8^ª linha), coluna 10 (designações de poços padrão ANSI/SLAs, por exemplo, a1, C10...).
   4. Dest_well: identificador de linha e coluna alfanumérico para bem ser pipetado da placa de destino, por exemplo, a3 para A linha A (1 linha^St ), coluna 3 (designações de poços padrão ANSI/SLAs, por exemplo, a1, C10...).
   5. Transfer_volume: volume a ser transferido de source_well em source_barcode para dest_well em destination_barcode (numérico e Unitless: tipicamente em μL).
3. Abra a placa de emissor de luz de pipetagem de microplacas para placa GUI, mostrada na Figura 2, abrindo o programa guia de luz (Maple-LightGuide. exe).
4. Clique no botão Selecionar arquivo de cherrypick no canto superior esquerdo da GUI.
5. Use a janela do navegador de arquivos, mostrada na Figura 3, para navegar até o arquivo CSV gerado nas etapas 1,1 e 1,2 acima e clique no botão abrir . O aplicativo irá analisar a primeira linha do arquivo CSV e iluminar os poços correspondentes nas placas de origem e de destino.
6. Use os botões bem e próximo poço anteriores , no canto superior direito da GUI, mostrado na Figura 4, para percorrer o arquivo CSV conforme desejado. O GUI destacará em cinzento todas as linhas que foram iluminadas previamente e realce no marrom a fileira atualmente ativa.
7. Realize operações de pipetagem conforme necessário para transferir amostras entre a fonte bem da chapa de origem para o destino bem da placa de destino. Um exemplo de uma operação de pipetagem manual M.A.P.L.E. não assistida pode ser visto na Figura 5, com uma comparação da visualização de pipetagem do usuário atual observada na Figura 4 e na Figura 6. Além do que o usuário GUI, os códigos de barras da placa podem ser verificados através das exposições do LCD anexadas aos painéis da iluminação.
8. Continue até que o final do arquivo CSV seja atingido através do botão próximo bem . Para carregar um novo arquivo CSV, o arquivo Select cherrypick pode ser clicado a qualquer momento. Para sair do programa o X vermelho no canto superior direito da GUI pode ser clicado.

2. multi-bem iluminações para transferências paralelas e diluições seriais

1. Abra a aplicação "diluição serial" do emissor de luz de pipetagem microplate, abrindo o programa de diluição serial (Maple-SerialDilution. exe).
2. Use a GUI, mostrada na Figura 7 e na Figura 8, para especificar o modo de titulação desejado (coluna ou linha), a densidade da placa e as linhas de início ou coluna (s). A GUI também permite que os usuários especifiquem uma coluna ou uma máscara de linha para controlar quais LEDs em uma determinada linha ou coluna são iluminados. Isso permite que um subconjunto de LEDs em uma linha ou coluna seja iluminado em vez de iluminar toda a linha ou coluna.
3. Use os botões próximo e anterior para percorrer as linhas ou colunas em sequência a partir da linha inicial ou da coluna para a última linha ou coluna na placa. Cada vez que o botão seguinte ou anterior for clicado, o painel luminoso iluminará os LEDs correspondentes da microplaca.
4. Continue até que o final da sequência de titulação seja atingido. Para sair do programa, clique no X vermelho no canto superior direito da GUI.

3. treinamento laboratorial: desenvolvimento de ensaios e técnicas de triagem de formato

1. Coloque uma microplaca 96-ou 384-well na guia de luz portátil. O guia de luz portátil contém uma bateria e todos os eletrônicos necessários para ser usado independentemente de um computador. Isto permite que o LightGuide portátil seja usado em um modo handheld que possa ser controlado com os botões incorporados para comutar entre modalidades da demonstração.
2. Use o interruptor de alternância de energia no compartimento de guia de luz portátil para ligar o sistema.
3. Determine o modo para o guia de luz portátil para estar em. Por padrão, o guia de luz portátil será carregado no modo de demonstração padrão do HTS , que fornece aos usuários uma representação visual de uma placa de ensaio típica, como visto na Figura 9. Neste modo, pode-se usar o interruptor de botão direito na parte superior da guia de luz portátil para alternar através dos seguintes padrões de iluminação de amostra.
   1. Todos os poços iluminados com cor vermelha para simular o reagente dispensar de um ensaio, por exemplo, (células suspensas na mídia).
   2. Todos os poços iluminados com uma cor amarela para simular adição de reagente de corante.
   3. Primeira coluna e última coluna de poços iluminado verde, permanecendo meio ' campo de amostra ' colunas iluminado azul para indicar a placa que está sendo lida no leitor de microplaca. Os poços aleatórios no campo de amostra também terão a cor verde de intensidade variável para representar hits.
4. Para alternar a guia de luz entre o modo de demonstração do HTS e o modo de demonstração de titulação , empurre o botão de pressão esquerdo. Isso irá mudar a guia de luz portátil para o modo de demonstração de titulação que fornece um guia visual para os usuários para entender como as titulações podem ser executadas em placas compostas. Quando a guia de luz entrar no modo de demonstração de titulação , ocorrerá o seguinte.
   1. Todos os poços na coluna 3 e 13 são iluminados com cor amarela.
   2. As prensas subsequentes do botão de pressão mais à direita iluminam as colunas em sequência, por exemplo, (4 e 14, 5 e 15, etc.).
   3. Quando o botão é pressionado depois que as colunas 12 e 22 são alcançadas, os poços nas colunas 4-12 e 13-22 são iluminados na intensidade de diminuição do amarelo para representar a titulação.
5. Para modificar o comportamento padrão da guia de luz, conecte a guia de luz portátil a um computador através de um cabo USB e siga as instruções detalhadas para atualizar o firmware padrão através do IDE do Arduino, que pode ser encontrado no projeto GitHub página⁸. Ao atualizar o firmware, você pode modificar esses modos para exibir outras sequências ou conjuntos de LEDs.

4. iluminação de artefatos em microplacas

1. Coloque uma microplaca 96-ou 384-well na guia de luz portátil.
2. Mude a guia de luz para o modo de iluminação pressionando o botão de pressão mais à esquerda duas vezes.
   Nota: um exemplo do uso prático deste modo pode ser visto na Figura 10 e na Figura 11, onde os compostos precipitaram fora da solução e podem ser observados na parte inferior das microplacas. Sem iluminação retroiluminada, a maior parte do precipitado é invisível a olho nu, mas a retroiluminação M.A.P.L.E. revela precipitado para inspeção de usuários e documentação fotográfica.
3. Use o botão direito para alternar entre um conjunto de cores predefinidas, conforme necessário para o aplicativo. O painel de luz irá transformar todos os LEDs para as seguintes cores em seqüência com cada impulso do botão direito: vermelho, azul, verde, laranja, branco, violeta, amarelo e Indigo.
4. Como uma etapa opcional, use uma câmera ou um smartphone para fotografar a placa iluminada para gravação ou documentar o trabalho.

Results

A plataforma M.A.P.L.E. é capaz de iluminar poços em microplacas 96-e 384-well em uma variedade de maneiras configuráveis do usuário, permitindo o controle direto e independente da cor e da intensidade de luz em cada poço. Ao ajudar a reduzir as oportunidades de erro nas operações de pipetagem manual, o M.A.P.L.E. ajuda os usuários a preparar microplacas com maior confiança de que cada poço contém o conteúdo desejado. A transferência de amostras entre as placas e a preparação de placas seriadas de diluição, como os exemp...

Discussion

Ao liberar M.A.P.L.E. como uma plataforma de código aberto, introduzimos uma ferramenta de laboratório que fornece utilidade, mas também pode ser facilmente estendida para atender às necessidades em evolução do usuário final. A preparação da amostra da microplaca de benchtop é uma tarefa comum que seja executada em uma grande variedade de ambientes do laboratório e esta tarefa pode comprovadamente ser melhorada com uma tecnologia tal como M.A.P.L.E.

A plataforma M.A.P.L.E. foi projetada especi...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
		de 96 ou 384 poços	https://en.wikipedia.org/wiki/Microplate
Microplaca Auxiliar Pipetagem Emissor de Luz
	Ocean Optics	USB-650 Maré