Aplicaciones para paneles de iluminación compatibles con microplacas de código abierto

Summary

Microplate Assistive Pipetting Light Emitter (M.A.P.L.E.) es un dispositivo accionado por computadora que ilumina sistemáticamente los pozos de microtíter para proporcionar orientación para la preparación manual de microplacas.  M.A.P.L.E. mejora la precisión de la preparación de microplacas al tiempo que automatiza el mantenimiento de registros de datos.  Además, puede ayudar con el examen de la calidad de la microplaca o ayudar en la detección de errores.

Abstract

Las microplacas se utilizan comúnmente en el entorno de laboratorio moderno para una amplia variedad de tareas tanto en operaciones de sobremesa de laboratorio a pequeña escala como en campañas de cribado de alto rendimiento (HTS) a gran escala. Aunque la automatización de laboratorio ha aumentado considerablemente la utilidad de las microplacas, siguen existiendo casos en los que la instrumentación basada en automatización no es factible, rentable o compatible con las necesidades de formato de microplacas. En estos casos, las microplacas deben prepararse manualmente. La problemática de las manipulaciones manuales de microplacas es que pueden surgir una serie de dificultades relacionadas con el seguimiento preciso de las operaciones de muestra, el mantenimiento de registros de datos y la inspección de control de calidad (QC) para artefactos de pozos o errores de formato. A medida que aumentan las densidades de pozos de microplacas (es decir, 96 pocillos, 384 pocillos, 1536-bien) también aumenta drásticamente la posibilidad de introducir errores.  Además, para las pequeñas operaciones de laboratorio de sobremesa existe la necesidad de mejorar la facilidad y precisión de la manipulación de muestras de una manera rentable. Aquí, describimos un sistema que actúa como una guía de pipeteo semi-automatizada conocida como el Emisor de Luz de Pipeteo Assistivo Microplaca (M.A.P.L.E.).  M.A.P.L.E. tiene múltiples usos para apoyar la recolección de impactos compuestos y la preparación de microplacas para el desarrollo de ensayos en pruebas de alto rendimiento o operaciones de sobremesa de laboratorio, así como la evaluación de diagnóstico de control de calidad (QA) de microplacas calidad o visualizar errores de formato de pozos.

Introduction

Como se publicó recientemente¹, el laboratorio de identificación de plomo de Scripps Research² ha desarrollado y publicado un panel de iluminación de código abierto para la preparación de microplacas, conocido como emisor de luz de pipeteo de asistencia microplaca (M.A. P.L.E.). La preparación manual de microplacas, ya sea para la gestión de compuestos o las necesidades de bioensayo, puede ser propensa a errores humanos que aumentan drásticamente, así como la densidad de la microplaca aumenta. Además, el mantenimiento de registros adecuado y el registro de datos del contenido/formato de microplacas también son propensos a errores de entrada manual. En las instalaciones de automatización de cribado de alto rendimiento (HTS), estos problemas se mitigan mediante el uso de estaciones de trabajo robóticas impulsadas por computadora que se integran con el mantenimiento automatizado de registros de bases de datos; minimizar las manipulaciones manuales y reducir el potencial de errores de formato y registro de datos. Sin embargo, sigue habiendo muchos casos en los que la instrumentación basada en automatización simplemente no es factible o compatible con las necesidades de formato de microplacas, lo que requiere intervención manual. Además, también es necesario soportar operaciones de laboratorio a pequeña escala que requieran dispositivos semiautomáticos compactos y rentables para mejorar su rendimiento, precisión y automatizar el mantenimiento de registros de datos de la preparación de microplacas.

Mientras que existen otros sistemas de iluminación de microplacas, son soluciones comerciales patentadas^3,4,5,6,7 limitadas a determinados formatos de microplacas y sus la naturaleza de código cerrado evita modificaciones impulsadas por el usuario que permitirían la adaptación de estos dispositivos para operaciones especializadas.  M.A.P.L.E. fue diseñado para ser un dispositivo de código abierto barato, con código fuente y todos los archivos de diseño disponibles de forma gratuita en línea^8. Los usuarios con conocimiento según las técnicas de soldadura de montaje en superficie pueden ensamblar sus propios dispositivos M.A.P.L.E. con los archivos de código y diseño disponibles en GitHub, o pueden modificar los diseños de placas de circuito impreso (PCB) proporcionados, gabinete de impresión 3D asistido por ordenador modelos y código de diseño (CAD) para satisfacer sus necesidades específicas. Una lista completa de las piezas necesarias para fabricar los PCB de guía de luz se puede encontrar en los Cuadros Suplementarios 1 y 2 y más detalles sobre el diseño y la implementación de los paneles de luz se pueden encontrar en recientemente publicados documentación¹. Los usuarios que deseen comprar PCBs guía de luz premontados basados en los archivos de código abierto pueden encontrarlos listados en línea⁹.

M.A.P.L.E. proporciona al usuario un panel de iluminación fácilmente controlable que tiene una huella basada en microplacas y un espaciado de LED a LED que coincide con las especificaciones de la Sociedad para el cribado biomolecular (SBS) para microplacas¹⁰. M.A.P.L.E. fue desarrollado para soportar microplacas de densidad de 96 y 384 pocillos y permitir a los usuarios iluminar pozos en cualquier configuración, color e intensidad deseadas. Estos paneles de luz se pueden utilizar para iluminar microplacas para operaciones de pipeteo^11,para simular operaciones de formato de laboratorio o instrumentos como un lector de microplacas^12,13 para la educación y la demostración Propósitos. La naturaleza de código abierto del proyecto permite a los usuarios modificar fácilmente los paneles, firmware o software de interfaz gráfica de usuario (GUI) para admitir cualquier nueva funcionalidad deseada. La orientación y el mantenimiento de registros de datos están controlados por ordenador y se pueden integrar con hojas de cálculo o portar a un sistema de base de datos. Debido a que M.A.P.L.E. está diseñado para trabajar con archivos delimitados por comas de texto sin formato, cualquier hoja de cálculo o software de base de datos que pueda importar o exportar archivos con formato CSV se puede ampliar fácilmente para trabajar con M.A.P.L.E. Además, el gabinete del proyecto que ha sido diseñado para este sistema inclina la microplaca hacia el usuario durante las operaciones de pipeteo, aumentando la ergonomía proporcionando una postura más natural para el usuario mientras está en el banco de laboratorio. Las características operativas específicas del sistema M.A.P.L.E. incluyen: (i) Facilitar los esfuerzos de gestión de compuestos en la preparación de placas personalizadas iluminando bien de una sola fuente y destino bien a través de microplacas para la orientación manual de pipeteo; a través de un script informático que se puede guardar como un registro electrónico después de la finalización. (ii) M.A.P.L.E. puede iluminar cualquier número de pozos a través de filas o columnas de microplacas; que es ideal para la guía de dilución en serie rápida o la colocación de controles de réplica selectos. (iii) M.A.P.L.E. se puede utilizar en modo de demostración para facilitar las necesidades de capacitación de laboratorio o resaltar los requisitos de formato con respecto a las colocaciones de muestras y control o el uso de pozos dedicados (por ejemplo, brecha de barrera de efecto de borde). (iv) M.A.P.L.E. puede retroiluminar pozos transparentes/translúcidos para permitir la visualización de artefactos como precipitación/cristalización, burbujas, heterogeneidad de pozos, pozos vacíos; que también permite al usuario final fotografiar fácilmente imágenes de placas para las necesidades de documentación

Protocol

1. Preparación semiautomática de transferencia de muestras "placa a placa"

1. Genere un archivo CSV como se muestra en la Figura 1 que contiene las placas de origen y de destino mediante una aplicación de edición de hojas de cálculo. El archivo CSV que se genera debe tener las siguientes columnas de encabezado en el orden indicado: Source_barcode; Destination_barcode; Source_well; Dest_well; Transfer_volume.
2. En las columnas de encabezado, asegúrese de incluir una fila en el archivo CSV para cada operación de pipeteo deseada (es decir, transferencia de muestra) con la siguiente información:
   1. Source_barcode: código de barras alfanumérico de la microplaca de origen, por ejemplo, S1007372; dejar en blanco si no hay ningún código de barras asociado.
   2. Destination_barcode: código de barras alfanumérico de la microplaca de destino, por ejemplo, D0573282; dejar en blanco si no hay ningún código de barras asociado.
   3. Source_well: Identificador alfanumérico de fila y columna para que el pozo se pipetee de la placa de origen, por ejemplo, H10 para la fila H^(8a fila), la columna 10 (designaciones de pozos estándar ANSI/SLAS, por ejemplo, A1, C10...).
   4. Dest_well: Identificador alfanumérico de fila y columna para que el pozo se pipetee de la placa de destino, por ejemplo, A3 para la fila A (1^st fila), columna 3 (designaciones de pozos estándar ANSI/SLAS, por ejemplo, A1, C10...).
   5. Transfer_volume: Volumen que se transferirá de source_well en source_barcode a dest_well en destination_barcode (numérico y sin unidades: normalmente en L).
3. Abra la aplicación Microplate Assistive Pipetting Light Emitter Plate to plate GUI, que se muestra en la Figura 2,abriendo el programa Light Guide (Maple-LightGuide.exe).
4. Haga clic en el botón Seleccionar archivo cherrypick en la esquina superior izquierda de la GUI.
5. Utilice la ventana del explorador de archivos, que se muestra en la figura 3,para navegar al archivo CSV generado en los pasos 1.1 y 1.2 anteriores y haga clic en el botón Abrir. La aplicación analizará la primera fila del archivo CSV e iluminará los pozos correspondientes en las placas de origen y destino.
6. Utilice los botones Anterior pozo y Siguiente pozo, en la esquina superior derecha de la GUI, que se muestra en la Figura 4, para recorrer el archivo CSV como se desee. La GUI resaltará en gris cualquier fila que haya sido previamente iluminada y resaltará en marrón la fila activa actualmente.
7. Realice operaciones de pipeteo según sea necesario para transferir muestras entre el pozo de origen de la placa de origen al pozo de destino de la placa de destino. Un ejemplo de una operación de pipeteo manual no asistida M.A.P.L.E. se puede ver en la Figura 5, con una comparación de la vista de pipeteo de usuario actual que se ve en la Figura 4 y la Figura 6. Además de la GUI del usuario, los códigos de barras de placas se pueden verificar a través de las pantallas LCD conectadas a los paneles de iluminación.
8. Continúe hasta que se alcance el final del archivo CSV a través del botón Siguiente pozo. Para cargar un nuevo archivo CSV, se puede hacer clic en el archivo Select cherrypick en cualquier momento. Para salir del programa se puede hacer clic en la X roja en la esquina superior derecha de la GUI.

2. Iluminación multipozo para transferencias paralelas y diluciones en serie

1. Abra la aplicación Microplate Assistive Pipetting Light Emitter 'Serial dilution' abriendo el programa de dilución en serie (Maple-SerialDilution.exe).
2. Utilice la GUI, que se muestra en la Figura 7 y la Figura 8,para especificar el modo de valoración deseado (columna o fila), la densidad de la placa y las filas de inicio o las columnas. La GUI también permite a los usuarios especificar una columna o máscara de fila para controlar qué LED en una fila o columna determinada se iluminan. Esto permite iluminar un subconjunto de LED en una fila o columna en lugar de iluminar toda la fila o columna.
3. Utilice los botones Siguiente y Anterior para recorrer las filas o columnas en secuencia desde la fila o columna inicial hasta la última fila o columna de la placa. Cada vez que se haga clic en el botón Siguiente o Anterior, el panel de luz iluminará los LED correspondientes de la microplaca.
4. Continúe hasta que se alcance el final de la secuencia de valoración. Para salir del programa, haga clic en la X roja en la esquina superior derecha de la GUI.

3. Formación en laboratorio: técnicas de desarrollo de ensayos y formato de cribado

1. Coloque una microplaca de 96 o 384 pocillos en la guía de luz portátil. La guía de luz portátil contiene una batería y toda la electrónica necesaria para ser utilizada independientemente de un ordenador. Esto permite que la guía de luz portátil se utilice en un modo de mano que se puede controlar con pulsadores incorporados para alternar entre los modos de demostración.
2. Utilice el interruptor de encendido del gabinete portátil de la guía de luz para encender el sistema.
3. Determine el modo de la guía de luz portátil. De forma predeterminada, la guía de luz portátil se cargará en el modo de demostración HTS predeterminado que proporciona a los usuarios una representación visual de una placa de ensayo típica como se ve en la Figura 9. En este modo, se puede utilizar el interruptor pulsador derecho en la parte superior de la guía de luz portátil para alternar entre los siguientes patrones de iluminación de muestra.
   1. Todos los pozos iluminados con color rojo para simular la dosificación del reactivo de un ensayo, por ejemplo, (células suspendidas en medios).
   2. Todos los pozos iluminados con un color amarillo para simular la adición de reactivos de tinte.
   3. Primera columna y última columna de pozos iluminados en verde, restantes columnas de "campo de muestra" medias iluminadas en azul para indicar la placa que se lee en el lector de microplacas. Los pozos aleatorios en el campo de muestra también tendrán un color verde de intensidad variable para representar los golpes.
4. Para alternar la guía de luz entre el modo de demostración HTS y el modo de demostración de valoración, presione el interruptor pulsador izquierdo. Si lo hace, cambiará la guía de luz portátil al modo de demostración de valoración que proporciona una guía visual a los usuarios para comprender cómo se pueden realizar las valoraciones en placas compuestas. Cuando la guía de luz entre en el modo de demostración de la valoración, se producirá lo siguiente.
   1. Todos los pozos de las columnas 3 y 13 están iluminados con color amarillo.
   2. Las pulsaciones posteriores del pulsador más a la derecha iluminan las columnas en secuencia, por ejemplo, (4 y 14, 5 y 15, etc.).
   3. Cuando se pulsa el pulsador después de que se alcanzan las columnas 12 y 22, los pozos de las columnas 4-12 y 13-22 se iluminan en intensidad decreciente de amarillo para representar la valoración.
5. Para modificar el comportamiento predeterminado de la guía de luz, conecte la guía de luz portátil a un ordenador a través de un cable USB y siga las instrucciones detalladas para actualizar el firmware predeterminado a través del IDE de Arduino que se puede encontrar en el proyecto GitHub página⁸. Al actualizar el firmware, puede modificar estos modos para mostrar otras secuencias o conjuntos de LED.

4. Iluminación de artefactos en microplacas

1. Coloque una microplaca de 96 o 384 pocillos en la guía de luz portátil.
2. Cambie la guía de luz al modo iluminación pulsando dos veces el pulsador situado más a la izquierda.
   NOTA: Un ejemplo del uso práctico de este modo se puede ver en la Figura 10 y la Figura 11,donde los compuestos se han precipitado fuera de solución y se pueden observar en la parte inferior de las microplacas. Sin iluminación retroiluminada, la mayor parte del precipitado es invisible a simple vista, pero la retroiluminación M.A.P.L.E. revela precipitado para la inspección del usuario y la documentación fotográfica.
3. Utilice el pulsador derecho para alternar entre un conjunto de colores predefinidos según sea necesario para la aplicación. El panel de luz encenderá todos los LED a los siguientes colores en secuencia con cada pulsación del botón derecho: rojo, azul, verde, naranja, blanco, violeta, amarillo e índigo.
4. Como paso opcional, utilice una cámara o un teléfono inteligente para fotografiar la placa iluminada para el mantenimiento de registros o documentar la obra.

Representative Results

La plataforma M.A.P.L.E. es capaz de iluminar pozos en microplacas de 96 y 384 pocillos en una variedad de formas configurables por el usuario, permitiendo un control directo e independiente del color y la intensidad de la luz en cada pocómetro. Al ayudar a reducir las oportunidades de error en las operaciones de pipeteo manual, M.A.P.L.E. ayuda a los usuarios a preparar microplacas con mayor confianza en que cada pozo contiene el contenido deseado. La transferencia de muestras entre placas y la preparación de placas de dilución en serie, como los ejemplos vistos en la Figura 12 y la Figura 13,se puede realizar sin preocupación de que el usuario se distraiga durante su trabajo y pierda la pista de lo que las operaciones de pipeteo permanecen. Cuando se completan los trabajos de pipeteo, la plataforma M.A.P.L.E. se puede utilizar para ayudar a iluminar la microplaca para ayudar al usuario a identificar artefactos potenciales como precipitar, vaciar pozos, pozos parcialmente llenos o burbujas de aire. Al detectar estos artefactos en el momento en que se crea la microplaca, los usuarios pueden tomar medidas para mejorar las muestras antes de proporcionarlas a los procesos de laboratorio aguas abajo.

Para demostrar la funcionalidad de M.A.P.L.E., se realizó una prueba cara a cara para medir la velocidad y precisión de las operaciones de pipeteo utilizando un pool de trabajo impreso en comparación con los pasos descritos en la sección 1 del protocolo. Para esta prueba, siete usuarios en el laboratorio de identificación de plomo realizaron la prueba utilizando el mismo pool de trabajo se utilizaron tanto fuera de línea como para M.A.P.L.E-guided. Estos siete usuarios representaron una variedad de experiencia en pipeteo, que van desde muchos años en el laboratorio hasta usuarios principiantes de pipeteo. La única diferencia es que el usuario annota una hoja impresa para el modo manual y utiliza la GUI del ordenador en el modo m.A.P.L.E. guiado. Este pool de trabajo consistió en 49 operaciones de pipeteo de dos microplacas de origen de 384 pocillos que contienen una variedad aleatoria de colores de colores en DMSO(Figura 14A,B)que deletrean 'jove' en una sola microplaca de destino de 384 pocillos(Figura 14 C). En esta configuración, el diseño de los pozos en la placa de destino confirma que el usuario ha pipeteado en los pozos correctos de la placa de destino y el patrón de color de los pozos en la placa de destino se puede utilizar para identificar errores donde el usuario ha pipeteado en los pozos correctos de la placa de destino y el patrón de color de los pozos en la placa de destino se puede utilizar para identificar errores donde el usuario ha pipeteado en los pozos correctos de la placa de destino y el patrón de color de los pozos en la placa de destino se puede utilizar para identificar errores donde el usuario se puede utilizar donde el usuario se puede utilizar no pipeta del pozo correcto de las placas de origen como se ve en la Figura 14D que muestra un ejemplo de errores de pipeteo en los pozos K2, F22, F23 que ocurrieron mientras un usuario seguía un pool de trabajo impreso. La Tabla 1 contiene los resultados de esta prueba cara a cara que muestra un ahorro de tiempo promedio del 50% cuando los usuarios realizaron esta prueba utilizando M.A.P.L.E. frente a un pool de trabajo impreso fuera de línea. No sólo aumentó la velocidad del proceso cuando se utilizó M.A.P.L.E., sino que la tasa de error de las placas creadas con M.A.P.L.E. fue del 0% para todos los usuarios, mientras que se observó una tasa de error del 6% para un usuario principiante cuando se utilizaba un pool de trabajo para la tarea de preparación de la muestra(Figura 14 D).

Figura 1:Ejemplo de archivo CSV utilizado para laaplicación de preparación de ejemplo. Archivo CSV de ejemplo utilizado para la aplicación de preparación de muestras, incluidas las cinco columnas necesarias para anotar el volumen de transferencia, los códigos de barras de microplacay las ubicaciones de pozos para las placas de origen y de destino. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2: GUI de aplicación de preparación demuestras. La GUI de la aplicación de preparación de ejemplo se muestra al usuario al iniciar la aplicación. Desde esta interfaz, el usuario puede seleccionar un archivo CSV para su uso en el proceso de preparación de ejemplo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 3: Cuadro de diálogo Abrir archivo. El cuadro de diálogo de apertura de archivo permite al usuario navegar a los archivos CSV de interés que se utilizarán en el proceso de preparación de ejemplo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 4: La interfaz GUI que es visible para el usuario después de que se ha seleccionado y cargado un archivo CSV en la aplicación. El contenido del archivo CSV se muestra en un formato de estilo hoja de cálculo y se resalta la fila activa. Los usuarios pueden avanzar o retroceder a través del archivo utilizando los botones 'Pozo anterior' o 'Siguiente pozo' que actualizan la fila activa y envían los comandos de iluminación apropiados a M.A.P.L.E. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 5: Ejemplo del proceso típico de preparación manual de muestras antes deM.A.P.L.E. que muestra al usuario haciendo referencia a la lista impresa de códigos de barras de placas y ubicaciones de pozos que se van a pipetear.

Figura 6: Proceso manual actual de preparación demuestras con M.A.P.L.E. iluminando pozos de interés y mostrando códigos de barras de microplacas necesarios para la operación de pipeteo actual. Los pozos iluminados y los metadatos del código de barras se actualizan automáticamente en función de la entrada del usuario de la GUI que se ve en la Figura 4. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 7: Interfaz GUI para el control de M.A.P.L.E. en modo de valoración, permitiendo al usuario controlar la iluminación especificando columnas de interés. Además del modo de valoración (fila o columna), los usuarios pueden especificar la densidad de la placa y avanzar o retroceder a través de las columnas haciendo clic en los botones 'Siguiente columna' o 'Columna anterior'. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 8: Interfaz GUI para controlar M.A.P.L.E. en modo de valoración, permitiendo al usuario controlar la iluminación especificando filas de interés. Además del modo de valoración (fila o columna), los usuarios pueden especificar la densidad de la placa y avanzar o retroceder a través de las filas haciendo clic en los botones 'Fila siguiente' o 'Fila anterior'. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 9: Pozos iluminados con luces verdes y azules para representar pozos fluorados en el lector de microplacas para el modo de demostración HTS. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 10: Ejemplo de microplaca proporcionada por el proveedor de96 pocillos que contiene compuestos recién comprados con problemas de solubilidad retroiluminados con un panel de luz M.A.P.L.E. de 96 pocillos con luz azul. Iluminar la parte inferior de la microplaca hace que sea mucho más fácil identificar compuestos que se han precipitado fuera de la solución y necesitan remediación antes de un mayor manejo de líquidos. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 11: Ejemplos demicroplacas. (A) Ejemplo de microplaca de 384 pocillos que contienen compuestos sin ninguna iluminación posterior. (B) 384 pocillos microplacas con luz verde, revelando muchos pozos que contienen precipitado. (C) Primer plano de microplaca de 384 pocillos con retroiluminación verde. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 12: Ejemplo de microplaca de destino de 384 pocillos que contiene 320 muestras individuales que se han transferido desde muchas microplacas de origen diferentes. Este ejemplo representa una preparación de muestra típica conocida como una microplaca de pico de hit o cherrypicked que se ve en la etapa de la pantalla de confirmación de un ensayo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 13: Ejemplo de microplaca típica de384 pocillos con diluciones en serie de 10 puntos a partir de las columnas 3 y 13 con un filtro de máscara para las filas 1–16 (todas las filas incluidas).

Figura 14: Prueba depipeteo de preparación de muestras. (A, B) Microplacas de 384 pocillos que contienen varios colores coloreados solvados en dimetilsulfóxido (DMSO) que se utilizarán para la prueba de pipeteo de preparación de muestras. (C) microplaca de pozo 384 resultante de la prueba de pipeteo de preparación de muestras que contiene los colores correctos de las muestras en las ubicaciones correctas. (D) microplaca de 384 pocillos resultante de la prueba de pipeteo de preparación de muestras que contiene errores (K2, F22, F23) cuando el usuario siguió el método manual del pool de trabajo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 15: Espectros de salida LED medidos por un espectrómetro.

Usuario	Tiempo de la lista de trabajo	Tasa de error de la lista de trabajo	Hora de M.A.P.L.E.	Tasa de error de M.A.P.L.E.	% de aumento de velocidad
#1 de usuarios experimentados	15 min 8 s	0%	9 min 39 s	0%	36%
#2 de usuarios experimentados	17 min 54 s	0%	7 min 59 s	0%	55%
#3 de usuarios experimentados	18 min 34 s	0%	10 min 25 s	0%	44%
#4 de usuarios experimentados	20 min 50 s	0%	10 min 13 s	0%	51%
#1 de usuarios principiantes	26 min 52 s	0%	11 min 03 s	0%	59%
#2 de usuario principiante	35 min 49 s	6%	15 min 29 s	0%	57%
#3 de usuario sin ayuda	22 min 44 s	0%	11 min 30 s	0%	49%

Tabla 1: Resultados de la preparación manual de la muestra frente a la preparación de muestras guiadas por M.A.P.L.E., incluido el tiempo dedicado por cada usuario a procesar el pool de trabajo completo en cada modo.

96w Microplaca M.A.P.L.E. lista de piezas	Proveedor	Parte del proveedor #	Coste por artículo	Cantidad necesaria para el montaje	Coste de las piezas por prototipo
96 bien PROTOTIPO RGB PCB	Parque OSH		$28.38	1	$28.38
RGB 3535 SK6812 RGB SMD LED	Aliexpress (BTF-Lighting)	SK6812mini 3535	$0.10	96	$9.63
Condensador SMD de 0.1 oF (0805)	Digi-Key	478-3351-1-ND	$0.16	96	$15.36
Adafruit Metro Mini 328 – 5V	Digi-Key	1528-1374-ND	$12.50	1	$12.50
Total					$65.87

Tabla suplementaria 1: Lista de componentes necesarios para fabricar una guía de luz RGB de 96 pozos.

384w Microplaca M.A.P.L.E. lista de piezas	Proveedor	Parte del proveedor #	Coste por artículo	Cantidad necesaria para el montaje	Coste de las piezas por prototipo
384 bien prototipo RGB PCB	Parque OSH		$28.38	1	$28.38
RGB 2427 SK6805 RGB SMD LED	MOKUNGIT	SK6805 2427	$0.09	384	$34.20
Condensador 0.1uF SMD (0603)	Digi-Key	478-10679-6-ND	$0.05	384	$18.05
Adafruit Metro Mini 328 – 5V	Digi-Key	1528-1374-ND	$12.50	1	$12.50
Total					$93.13

Tabla suplementaria 2: Lista de componentes necesarios para fabricar una guía de luz RGB de 384 pozos.

Discussion

Al lanzar M.A.P.L.E. como una plataforma de código abierto, hemos introducido una herramienta de laboratorio que proporciona utilidad, pero también se puede ampliar fácilmente para satisfacer las necesidades cambiantes del usuario final. La preparación de muestras de microplacas de sobremesa es una tarea común que se realiza en una amplia variedad de entornos de laboratorio y esta tarea se puede mejorar demostrablemente con una tecnología como M.A.P.L.E.

La plataforma M.A.P.L.E. ha sido diseñada específicamente con adaptabilidad a futuras aplicaciones en mente. Cada componente (panel de iluminación electrónica, firmware, GUI, gabinete) se puede extraer para su uso individual, utilizado como parte del sistema más grande o cualquier combinación intermedia del mismo. Por ejemplo, el gabinete del proyecto impreso en 3D se puede utilizar sin el panel de iluminación simplemente para mejorar la ergonomía del pipeteo de sobremesa. El panel de iluminación tiene una interfaz sencilla de tres hilos que se puede conectar a cualquier sistema capaz de generar una señal de control de +5 V, fuente de +5 V y tierra (GND). El comportamiento y la utilidad del software GUI se pueden modificar utilizando código Python, el circuito del panel de iluminación se puede modificar en KiCad y el firmware del microcontrolador utilizado para controlar los paneles se puede editar en el IDE de Arduino. Con esta flexibilidad, la plataforma M.A.P.L.E. es extensible para satisfacer las necesidades futuras.

De dispositivos similares previamente desarrollados para su uso para iluminar microplacas^3,4,5,6,7, M.A.P.L.E. es el único dispositivo que es totalmente de código abierto. Esto proporciona una gran flexibilidad al usuario final para ampliar la funcionalidad existente para satisfacer sus necesidades específicas. Esta funcionalidad ampliada puede adoptar la forma de dispositivos de control de entrada de usuario adicionales (pedales, botones, etc.) u otros dispositivos de visualización de metadatos. La naturaleza de código abierto del dispositivo también ayuda a prevenir la obsolescencia del dispositivo debido a la dependencia de cualquier proveedor específico para la producción, desarrollo o soporte del dispositivo. Los usuarios pueden optar por mantener M.A.P.L.E. como un dispositivo compacto de factor de forma de microplaca, o extenderlo para iluminar múltiples microplacas simultáneamente, ambas aplicaciones de las cuales se han demostrado en este manuscrito. Por último, los componentes necesarios para montar un sistema M.A.P.L.E. tienen un coste inferior al de cualquier solución comercial disponible anteriormente.

Las posibles limitaciones del sistema incluyen interferencias de iluminación y visualización causadas por compuestos de color oscuro. La funcionalidad de preparación de muestras también requiere actualmente que M.A.P.L.E. esté atado a un ordenador a través de USB. También sugerimos que los procesos de laboratorio que utilizan compuestos o reactivos sensibles a la luz se prueben antes de un uso prolongado con M.A.P.L.E. Las transferencias de compuestos sensibles a la luz son un problema en cualquier situación de laboratorio, pero M.A.P.L.E. puede seleccionar longitudes de onda que son menos propensos, como la luz roja. M.A.P.L.E. también permite a los usuarios ajustar el color y la intensidad del LED a través de actualizaciones de firmware al microcontrolador para proporcionar la iluminación específica deseada. La salida espectral de los LED se ha proporcionado según la Figura 15 para que el usuario pueda evitar las longitudes de onda en las que se sabe que el compuesto absorbe la luz.

Los componentes de M.A.P.L.E. también podrían ser reutilizados para investigar usos alternativos como la fotoquímica, la separación de fases en bibliotecas compuestas o modificados con diferentes LED de longitud de onda (por ejemplo, UV) para ampliar su funcionalidad para otras aplicaciones. Del mismo modo, la espectroscopia de colorimetría o absorbancia se puede realizar de forma económica con las emisiones selectas de M.A.P.L.E. como se muestra en la Figura 15 y la aplicación de cámara o smartphone para capturar valores de salida RGB. En conclusión, el M.A.P.L.E. ha sido diseñado para su uso inmediato para apoyar la preparación de microplacas de muestras, pero como plataforma de código abierto se puede adaptar para su uso en muchas otras aplicaciones.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
96 or 384 well microplate			https://en.wikipedia.org/wiki/Microplate
Microplate Assistive Pipetting Light Emitter	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