Приложения для microplate-совместимых панелей для освещения с открытым исходным кодом

Summary

Microplate Assisttting Light Emitter (M.A.P.L.E.) является компьютерным устройством, которое систематически освещает скважины микротитеров, чтобы обеспечить руководство для ручной подготовки микроплит.  M.A.P.L.E. повышает точность подготовки микроплит при автоматизации учета данных.  Кроме того, он может помочь в изучении качества микроплит ы или помочь в обнаружении ошибок.

Abstract

Микроплиты широко используются в современных лабораторных условиях для выполнения самых разнообразных задач как в небольших лабораторных работах, так и в крупномасштабных кампаниях по скринингу высокой пропускной силы (HTS). Хотя лабораторная автоматизация значительно повысила полезность микроплит, остаются случаи, когда приборы на основе автоматизации не являются осуществимыми, экономически эффективными или совместимыми с потребностями форматирования микроплит. В этих случаях микроплиты должны быть подготовлены вручную. Проблема для ручных манипуляций с микроплитами заключается в том, что ряд трудностей может возникнуть в отношении точного отслеживания операций образца, ведения учета данных и контроля качества (КК) на обнаружение артефактов скважин или ошибок форматирования. По мере увеличения плотности скважин микроплиты (т.е. 96-ну, 384-ну, 1536-ну), потенциал для введения ошибок также резко возрастает.  Кроме того, для небольших лабораторных операций на скамейке запасных существует необходимость в повышении простоты и точности обработки образцов с точки зрения экономии. В этом случае мы описываем систему, которая действует как полуавтоматический пипеттинг руководство называют Microplate Вспомогательные Pipetting Свет Излучатель (M.A.P.L.E.).  M.A.P.L.E. имеет несколько применений для поддержки соединения хит-сбор и микроплиты подготовки для проверки развития в высокой пропускной стадии скрининга или лабораторных скамейке операций, а также КК / качество гарантии (ЗА) диагностической оценки микроплиты качество или визуализация хорошо форматирования ошибок.

Introduction

Как недавно опубликовано¹, ведущая лаборатория идентификации в Scripps Research² разработала и выпустила открытым исходным кодом панели освещения для микроплиты подготовки называют Microplate Вспомогательные Pipetting Свет Излучатель (M.A. P.L.E.). Ручная подготовка микроплит, независимо от того, сделаны ли они для комплексного управления или био-анализ потребностей, могут быть склонны к человеческим ошибкам, которые резко увеличиваются, а плотность микроплиты увеличивается. Кроме того, надлежащая учет и регистрация данных микроплит/формата также подвержены ошибкам ручного ввода. В системах автоматизации высокой пропускной силы (HTS) эти проблемы смягчаются за счет использования роботизированных роботизированных станций, управляемых компьютерами, которые интегрированы с автоматизированным ведением учета баз данных; минимизация ручных манипуляций и снижение возможностей форматирования и записи данных. Однако по-прежнему существует много случаев, когда приборы на основе автоматизации просто не осуществимы или совместимы с потребностями форматирования микроплит, что требует ручного вмешательства. Кроме того, необходимо также оказывать поддержку мелкомасштабным лабораторным операциям, которые требуют компактных и экономичных полуавтоматических устройств для улучшения их пропускной связи, точности и автоматизации учета данных о подготовке микроплит.

В то время как другие системы освещения микроплит существуют, они являются проприетарными коммерческими решениями^3,4,5,6,7,ограниченными для выбора форматов микроплит и их собственных Природа с закрытым исходным источником предотвращает модификации, управляемые пользователями, которые позволят адаптировать эти устройства для специализированных операций.  M.A.P.L.E. был разработан, чтобы быть недорогим устройством с открытым исходным кодом, с исходным кодом и всеми файлами дизайна, доступными бесплатно онлайн⁸. Пользователи со знанием методов пайки поверхностных креплений могут собирать свои собственные устройства M.A.P.L.E. с кодом и файлами дизайна, доступными на GitHub, или они могут изменять предоставленные печатные платы (PCB) конструкции, 3D-печать корпуса с помощью компьютера модели и код для удовлетворения конкретных потребностей. Полный список частей, необходимых для изготовления светналяющих ПХД можно найти в дополнительных таблицах 1 и 2 и более подробную информацию о проектировании и реализации световых панелей можно найти в недавно опубликованном документация¹. Пользователи, желающие приобрести предварительно собранные световые путеводители PCB на основе файлов с открытым исходным кодом, могут найти их, перечисленные в Интернете⁹.

M.A.P.L.E. предоставляет пользователю легко управляемую панель освещения, которая имеет микроплиту на основе следа и светодиодные интервалы в соответствии с Обществом для биомолекулярного скрининга (SBS) спецификации для микроплит¹⁰. M.A.P.L.E. была разработана для поддержки микроплит плотной 96- и 384 скважин и позволяет пользователям освещать скважины в любой желаемой конфигурации, цвете и интенсивности. Эти световые панели могут быть использованы для освещения микроплит для трубационных операций¹¹, для имитации лабораторных операций форматирования или инструментов, таких как микроплиты читателя^12,13 для образовательных и демонстрационных Целей. Характер проекта с открытым исходным кодом позволяет пользователям легко модифицировать панели, прошивку или графическое программное обеспечение для графического пользовательского интерфейса (GUI) для поддержки любой новой желаемой функциональности. Руководство и учет данных являются управляемыми компьютером и могут быть интегрированы с электронными таблицами или портированы в систему баз данных. Поскольку M.A.P.L.E. предназначен для работы с файлами разграничения запятой, любое программное обеспечение электронной таблицы или базы данных, которое способно импортировать или экспортировать отформатированные файлы CSV, может быть легко расширено для работы с M.A.P.L.E. Кроме того, корпус проекта, который был разработан для этой системы наклоняет микроплиту к пользователю во время операций pipetting, увеличивая эргономику, обеспечивая более естественную осанку для пользователя в то время как на скамейке лаборатории. Конкретные эксплуатационные характеристики системы M.A.P.L.E. включают: i) содействие комплексным усилиям по управлению при подготовке индивидуальных пластин путем освещания скважины с одним источником и назначения на микроплитах для ручного руководства пипеттингом; с помощью компьютерного скрипта, который может быть сохранен в качестве электронного завершения записи поста. ii) M.A.P.L.E. может освещать любое количество колодцев через микроплиты или колонны; который идеально подходит для быстрого последовательного разбавления руководства или размещения избранных элементов управления репликацией. iii) M.A.P.L.E. может использоваться в демонстрационном режиме для облегчения потребностей в лабораторной подготовке или выделения требований к форматированию в отношении мест проведения выборок и контроля или использования выделенных скважин (например, барьерный барьерный барьерный барьерный разрыв с краем). iv) M.A.P.L.E. может подсветку прозрачных/полупрозрачных скважин, позволяющих визуализировать артефакты, такие как осадки/кристаллизация, пузыри, неоднородность скважин, пустые скважины; что также позволяет конечному пользователю легко фотографировать изображения пластин для нужд документации

Protocol

1. Полуавтоматизированная подготовка образца передачи "пластина на тарелку"

1. Создайте файл CSV, как показано на рисунке 1, содержащий исходные и назначенияные пластины с помощью приложения для редактирования электронных таблиц. Сгенерированный файл CSV должен иметь следующие столбцы заголовков в перечисленном порядке: Source'barcode; Destination-barcode; Источник-хорошо; Dest'well; Трансферное.
2. Под столбцы заголовков убедитесь в том, чтобы включить одну строку в файл CSV для каждой желаемой операции трубачирования (т.е. переноса образца) со следующей информацией:
   1. Источник-штрих-код: Альфанумерика штрих-кода исходного микроплиты, например, S1007372; оставить пустым, если не связан штрих-код.
   2. Destination-barcode: Альфануметический штрих-код микроплиты назначения, например, D0573282; оставить пустым, если не связан штрих-код.
   3. Источник: Алфавитный ряд и идентификатор столбца для того, чтобы хорошо быть пронизаны из исходной пластины, например, H10 для строки H^(8-й ряд), столбец 10 (ANSI/SLAS стандартные также обозначения, например, A1, C10...).
   4. Dest'well: Алфавитный ряд и идентификатор столбца для того, чтобы хорошо быть пипеткой из тарелки назначения, например, A3 для ряда A^(1-й ряд), столбец 3 (anSI/SLAS стандартные также обозначения, например, A1, C10...).
   5. Трансфертная тома: Объем, который будет передаваться из исходного кода, в исходный код, в dest'well в destination-barcode (числовой и бесчисленное: как правило, в QL).
3. Откройте Microplate Вспомогательный Pipetting Свет Излучатель плиты пластины GUI приложения, показанные на рисунке 2, открыв свет Руководство программы (Maple-LightGuide.exe).
4. Нажмите кнопку Select cherrypick файла в верхнем левом углу GUI.
5. Используйте окно файла браузера, показанное на рисунке 3,чтобы перейти к файлу CSV, генерируемому шагами 1.1 и 1.2 выше, и нажмите кнопку Open. Приложение будет разбирать первый ряд файла CSV и освещать соответствующие скважины в исходных и назначенияных пластинах.
6. Используйте Кнопки «Предыдущий и следующий хорошо», в правом верхнем углу графического интерфейса, показанный на рисунке 4,чтобы пройти файл CSV по желанию. GUI будет выделить в серый любые строки, которые были ранее освещены и выделить в коричневом цвете в настоящее время активный ряд.
7. Выполните трубационные операции по мере необходимости для передачи образцов между исходными хорошо исходной пластины в пункт назначения хорошо назначения пластины. Пример M.A.P.L.E. без посторонней помощи ручной трубач операции можно увидеть на рисунке 5, с сравнением текущего пользователя pipetting зрения видели на рисунке 4 и рисунке 6. В дополнение к графическому интерфейсу, штрих-коды пластин могут быть проверены с помощью жидкокристаллических дисплеев, прикрепленных к подсветке панелей.
8. Продолжайте движение до конца файла CSV достигается с помощью кнопки Next well. Для загрузки нового файла CSV файл Select cherrypick может быть нажат в любое время. Для выхода из программы можно нажать красный X в правом верхнем углу графического интерфейса.

2. Многофункциональные подсветки для параллельных передач и серийных разбавлений

1. Откройте Microplate Вспомогательный Трубный Свет Излучатель 'Серийное разбавление' приложение, открыв серийную программу разбавления (Maple-SerialDilution.exe).
2. Используйте графический интерфейс, показанный на рисунке 7 и рисунке 8,чтобы указать желаемый режим титрования (колонка или строка), плотность пластин и стартовый ряд (ы) или столбец (ы). GUI также позволяет пользователям указать столбец или маску строки для управления, какие светодиоды в заданном ряду или колонке подсвечиваются. Это позволяет освещать подмножество светодиодов в ряд или столбец вместо освещения всей строки или столбца.
3. Используйте кнопки Next и Previous, чтобы пройти через строки или столбцы в последовательности от начального строки или столбца до последнего ряда или столбца в пластине. Каждый раз, когда кнопка Next или Previous нажимается, световая панель освещает соответствующие светодиоды микроплиты.
4. Продолжайте движение до достижения конца последовательности титрования. Чтобы выйти из программы, щелкните красный X в правом верхнем углу графического интерфейса.

3. Лабораторная подготовка: методы разработки анализов и формата скрининга

1. Поместите микроплиту 96- или 384 колодца в портативный световой направляющий выступ. Портативный световой направляющий включает в себя батарею и всю электронику, необходимую для использования независимо от компьютера. Это позволяет использовать портативный световой гид в портативном режиме, который можно управлять со встроенными кнопками, чтобы переключаться между демонстрационными режимами.
2. Используйте переключатель питания на портативном корпусе светового направляющего устройства для включения системы.
3. Определите режим для портативного светового направляющего устройства. По умолчанию, портативный световой направляющий будет загружаться в демо-режим HTS по умолчанию, который предоставляет пользователям визуальное представление типичной пластины ассеа, как видно на рисунке 9. В этом режиме можно использовать правильный переключатель кнопки в верхней части портативного светового направляющего устройства, чтобы переключаться через следующие шаблоны освещения образца.
   1. Все скважины освещены красным цветом для имитации реагента, например, (подвесные ячейки в носителях).
   2. Все скважины освещены желтым цветом для имитации добавления реагента.
   3. Первая колонка и последняя колонка колодцев освещены зеленым цветом, оставшиеся средние столбцы "образец поля" освещены синим цветом, чтобы указать, что пластина считывается на микроплите. Случайные скважины в поле образца также будут иметь зеленый цвет различной интенсивности для представления хитов.
4. Чтобы переключить световое руководство между демо-режимом HTS и демо-режимом Titration, нажмите левый переключатель кнопки. Это позволит переключить портативный световой направляющий выступ к режиму демонстрации Titration который обеспечивает визуально направляющий выступ к потребителям для того чтобы понять как титрации можно сделать в смесях плитах. Когда световое направляющий выступ входит в демо-режим Титрации, происходит следующее.
   1. Все скважины в колонках 3 и 13 освещены желтым цветом.
   2. Последующие нажатия самого правого переключателя кнопки освещают столбцы последовательно, например, (4 и 14, 5 и 15 и т.д.).
   3. При нажатии кнопки после достижения столбцов 12 и 22 колодцы в колоннах 4-12 и 13-22 освещаются в уменьшенной интенсивности желтого цвета для представления титрования.
5. Чтобы изменить поведение по умолчанию свет руководства, подключить портативный свет овой выступ к компьютеру через кабель USB и следовать подробным инструкциям по обновлению прошивки по умолчанию через Arduino IDE, которые можно найти на странице проекта GitHub⁸. Обновляя прошивку, вы можете изменить эти режимы для отображения других последовательностей или наборов светодиодов.

4. Освещение артефактов в микроплитах

1. Поместите микроплиту 96- или 384 колодца в портативный световой направляющий выступ.
2. Переключите световое руководство в режим освещения, нажав на левый переключатель кнопки два раза.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Пример практического использования этого режима можно увидеть на рисунке 10 и рисунке 11, где соединения выбыли из раствора и могут наблюдаться на дне микроплит. Без подсветки, большая часть осадка невидима невооруженным глазом, но m.A.P.L.E. подсветка показывает осадок для осмотра пользователя и фотографической документации.
3. Используйте правую кнопку, чтобы переключаться между набором предопределенных цветов по мере необходимости для приложения. Световая панель превратит все светодиоды на следующие цвета в последовательности с каждым нажатием правой кнопки: красный, синий, зеленый, оранжевый, белый, фиолетовый, желтый и индиго.
4. В качестве дополнительного шага используйте камеру или смартфон, чтобы сфотографировать освещенную пластину для записи или документирования работы.

Results

Платформа M.A.P.L.E. способна освещать скважины в микроплитах 96- и 384 колодца различными настраиваемыми способами, позволяя простой и независимый контроль интенсивности цвета и света в каждой скважине. Помогая уменьшить возможности для ошибок в ручных операциях трубачирования, M.A.P.L.E. помогает пользователям подготовить микроплиты с повышенной уверенностью, что каждая скважина содержит желаемое содержимое. Передача образцов между пластинами и подготовка серийных разбавляемых пластин, таких как примеры, наблюдаемые на...

Discussion

Выпуская M.A.P.L.E. в качестве платформы с открытым исходным кодом, мы внедрили лабораторный инструмент, который обеспечивает полезность, но также может быть легко расширен для удовлетворения меняющихся потребностей конечного пользователя. Подготовка образца микроплиты Бенчтопа является общей задачей, которая выполняется в самых различных лабораторных средах, и эта задача может быть явно улучшена с помощью такой технологии, как M.A.P.L.E.

Платформа M.A.P.L.E. была специально спроектирована с у...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
96 или 384 луночный микропланшет			https://en.wikipedia.org/wiki/Microplate
микропланшет Вспомогательный пипетка Световой излучатель	с открытым исходным кодом		https://github.com/pierrebaillargeon/Microplate-Assistive-Pipetting-Light-Emitter
Пипеттор			https://www.jove.com/science-education/5033/an-introduction-to-the-micropipettor
Спектрометр	Океанская оптика	USB-650 Red Tide