Applicazioni per pannelli di illuminazione compatibili con microplacca open source

Summary

Microplate Assistive Pipetting Light Emitter (M.A.P.L.E.) è un dispositivo computerizzato che illumina sistematicamente i pozzi di microtiteri per fornire indicazioni per la preparazione manuale delle microplacche.  M.A.P.L.E. migliora l'accuratezza della preparazione della microplacca automatizzando la registrazione dei dati.  Inoltre, può aiutare con l'esame della qualità della microplacca o aiutare nel rilevamento di errori.

Abstract

Le micropille sono comunemente utilizzate nell'ambiente di laboratorio moderno per un'ampia varietà di compiti sia nelle operazioni di laboratorio su piccola scala che nelle campagne di screening ad alta velocità (HTS) su larga scala. Anche se l'automazione di laboratorio ha notevolmente aumentato l'utilità delle microplacche, rimangono casi in cui la strumentazione basata sull'automazione non è fattibile, conveniente o compatibile con le esigenze di formattazione delle micropille. In questi casi, le microplacche devono essere preparate manualmente. La problematica per le manipolazioni manuali di micropilli è che possono sorgere una serie di difficoltà relative al monitoraggio accurato delle operazioni di campionamento, alla conservazione dei record di dati e all'ispezione del controllo qualità (QC) per gli artefatti dei pozzi o gli errori di formattazione. Con l'aumentare della densità dei pozzi di micropiastra (cioè 96-bene, 384-bene, 1536-well) aumenta anche drasticamente il potenziale per l'introduzione di errori.  Inoltre, per le piccole operazioni di laboratorio da banco esiste la necessità di migliorare la facilità e l'accuratezza della movimentazione dei campioni in modo conveniente. Qui, descriviamo un sistema che funge da guida di pipettaggio semi-automatico, indicato come Microplate Assistive Pipetting Light Emitter (M.A.P.L.E.).  M.A.P.L.E. ha molteplici usi per supportare il recupero di colpi composti e la preparazione delle microplaciper per lo sviluppo di analisi nello screening ad alta velocità o nelle operazioni di laboratorio da banco, nonché la valutazione diagnostica qC/quality assurance (QA) della micropiastra qualità o visualizzare gli errori di formattazione del pozzo.

Introduction

Come recentemente pubblicato¹, il laboratorio di identificazione dei piombi di Scripps Research² ha sviluppato e rilasciato un pannello di illuminazione open source per la preparazione della micropiastra, indicato come Microplate Assistive Pipetting Light Emitter (M.A. P.L.E.). La preparazione manuale delle microplacche, che siano fatte per la gestione dei composti o per le esigenze di bio-analisi, può essere soggetta a errori umani che aumentano drasticamente e aumenta la densità della micropiastra. Inoltre, una corretta registrazione e registrazione dei dati del contenuto/formato della microplacca è anche soggetta a errori di immissione manuale. Nelle strutture di automazione di screening ad alta velocità effettiva (HTS), questi problemi vengono attenuati dall'uso di workstation robotiche computerizzata che sono integrate con la registrazione automatica dei database; minimizzando le manipolazioni manuali e riducendo il potenziale di errori di formattazione e registrazione dei dati. Tuttavia, rimangono molti casi in cui la strumentazione basata sull'automazione semplicemente non è fattibile o compatibile con le esigenze di formattazione a microplacca, richiedendo un intervento manuale. Inoltre, è necessario supportare operazioni di laboratorio su piccola scala che richiedano dispositivi semiautomatici compatti ed economici per migliorare la loro produttività, precisione e automatizzare la registrazione dei dati della preparazione delle microplacche.

Mentre esistono altri sistemi di illuminazione a micropiastra, sono soluzioni commerciali proprietarie^3,4,5,6,7 limitati a selezionare i formati di microplacche e la loro proprietaria la natura a fonte chiusa impedisce modifiche guidate dall'utente che consentirebbero l'adattamento di questi dispositivi per operazioni specializzate.  M.A.P.L.E. è stato progettato per essere un dispositivo open source poco costoso, con codice sorgente e tutti i file di progettazione disponibili gratuitamente online⁸. Gli utenti con conoscenza delle tecniche di saldatura del montaggio di superficie possono assemblare i propri dispositivi M.A.P.L.E. con i file di codice e di progettazione disponibili su GitHub, oppure possono modificare i modelli di schede a circuito stampato (PCB) fornite, l'alloggiamento di stampa 3D assistito dal computer modelli di progettazione (CAD) e codice per soddisfare le loro esigenze specifiche. Un elenco completo delle parti necessarie per fabbricare la guida luminosa PCB può essere trovato nelle tabelle supplementari 1 e 2 e ulteriori dettagli per quanto riguarda la progettazione e l'implementazione dei pannelli luminosi possono essere trovati di recente documentazione¹. Gli utenti che desiderano acquistare PCB guida luce pre-assemblati basati sui file open-source possono trovarli elencati online⁹.

M.A.P.L.E. fornisce all'utente un pannello di illuminazione facilmente controllabile che ha un ingombro basato su microplacca e una spaziatura LED-to-LED corrispondente alle specifiche Society for Biomolecular Screening (SBS) per micropiastre¹⁰. M.A.P.L.E. è stato sviluppato per supportare microplacche a densità di 96 e 384 pozze e consentire agli utenti di illuminare i pozzi in qualsiasi configurazione, colore e intensità desiderati. Questi pannelli luminosi possono essere utilizzati per illuminare le microplacche per le operazioni di pipettaggio¹¹, per simulare operazioni di formattazione di laboratorio o strumenti come un lettore di microplacia^12,13 per l'istruzione e la dimostrazione Scopi. La natura open source del progetto consente agli utenti di modificare facilmente i pannelli, il firmware o il software dell'interfaccia utente grafica (GUI) per supportare qualsiasi nuova funzionalità desiderata. Le linee guida e la registrazione dei dati sono basate su computer e possono essere integrate con fogli di calcolo o ospitate in un sistema di database. Poiché M.A.P.L.E. è progettato per funzionare con file delimitati da virgole in testo non crittografato, qualsiasi foglio di calcolo o software di database in grado di importare o esportare file in formato CSV può essere facilmente esteso per funzionare con M.A.P.L.E. Inoltre, il recinto del progetto che è stato progettato per questo sistema inclina la micropiastra verso l'utente durante le operazioni di pipettaggio, aumentando l'ergonomia fornendo una postura più naturale per l'utente mentre si è al banco del laboratorio. Caratteristiche operative specifiche del sistema M.A.P.L.E. includono: (i) Facilitare gli sforzi di gestione composta nella preparazione di piastre personalizzate illuminando bene la singola sorgente e la destinazione bene tra micropiastre per la guida di pipettaggio manuale; assistito attraverso uno script del computer che può essere salvato come un record elettronico dopo il completamento. (ii) M.A.P.L.E. può illuminare un numero qualsiasi di pozzi su file o colonne di microplacca; che è ideale per una rapida guida alla diluizione seriale o per il posizionamento dei controlli di replica di selezione. (iii) M.A.P.L.E. può essere utilizzato in modalità dimostrativa per facilitare le esigenze di formazione di laboratorio o per evidenziare i requisiti di formattazione relativi ai posizionamenti di campionamento e controllo o all'utilizzo di pozzi dedicati (ad esempio, gap di barriera effetto bordo). (iv) M.A.P.L.E. può retroilluminazione pozzi trasparenti/traslucidi per consentire la visualizzazione di artefatti come precipitazioni / cristallo, bolle, eterogeneità dei pozzi, pozzi vuoti; che consente inoltre all'utente finale di fotografare facilmente le immagini delle lastre per le esigenze di documentazione

Protocol

1. Preparazione semiautomatica di trasferimento del campione "piastra a piastra"

1. Generare un file CSV come illustrato nella Figura 1 contenente le lastre di origine e di destinazione utilizzando un'applicazione di modifica del foglio di calcolo. Il file CSV generato deve avere le seguenti colonne di intestazione nell'ordine elencato: Codice_sorgente; Codice_are di destinazione; Source_well; Dest_well; Transfer_volume.
2. Sotto le colonne di intestazione, assicurarsi di includere una riga nel file CSV per ogni operazione di pipetting desiderata (ad esempio, trasferimento di esempio) con le seguenti informazioni:
   1. Codice a barre Source_codice: codice a barre alfanumerico della microplacca di origine, ad esempio S1007372; lasciare vuoto se non è associato alcun codice a barre.
   2. Codice a barre Destinazione: codice a barre alfanumerico della micropiastra di destinazione, ad esempio D0573282; lasciare vuoto se non è associato alcun codice a barre.
   3. Source_well: identificatore di riga e colonna alfanumerici per il modo in cui è possibile eseguire il pipetted all'esterno dalla lastra di origine, ad esempio H10 per la riga H^(8a riga), colonna 10 (denominazioni di pozzi standard ANSI/SLAS, ad esempio, A1, C10...).
   4. Dest_well: identificatore di riga e colonna alfanumerico per il modo in cui è possibile eseguire il pipetted all'esterno della piastra di destinazione, ad esempio A3 per la riga A (1^st row), colonna 3 (denominazioni di pozzi standard ANSI/SLAS, ad esempio, A1, C10...).
   5. Transfer_volume: Volume da trasferire da source_well in source_barcode a dest_well in destination_barcode (numerico e senza unità: in genere in .
3. Aprire l'applicazione Microplate Assistive Pipetting Light Emitter Plate to plate GUI, illustrata nella Figura 2,aprendo il programma Light Guide (Maple-LightGuide.exe).
4. Fare clic sul pulsante Seleziona file cherrypick nell'angolo superiore sinistro della GUI.
5. Utilizzare la finestra del browser di file, illustrata nella Figura 3, per passare al file CSV generato nei passaggi 1.1 e 1.2 precedenti e fare clic sul pulsante Apri. L'applicazione analizzerà la prima riga del file CSV e illuminerà i pozze corrispondenti nelle lastre di origine e di destinazione.
6. Utilizzare i pulsanti Precedente e Successivo, nell'angolo superiore destro della GUI, illustrato nella Figura 4, per attraversare il file CSV come desiderato. La GUI evidenzierà in grigio tutte le righe precedentemente illuminate ed evidenzieranno in marrone la riga attualmente attiva.
7. Eseguire le operazioni di pipettaggio in base alle esigenze per trasferire i campioni tra il pozzo di origine della piastra di origine al pozzo di destinazione della piastra di destinazione. Un esempio di un'operazione di pipettaggio a mano senza assistenza M.A.P.L.E. è riportato nella Figura 5, con un confronto della vista di pipettaggio utente corrente vista in Figura 4 e Figura 6. Oltre alla GUI dell'utente, i codici a barre a piastre possono essere verificati tramite i display LCD collegati ai pannelli di illuminazione.
8. Continuare fino a quando non viene raggiunta la fine del file CSV tramite il pulsante Avanti pozzo. Per caricare un nuovo file CSV, è possibile fare clic sul file Select cherrypick in qualsiasi momento. Per uscire dal programma si può cliccare sulla X rossa nell'angolo in alto a destra della GUI.

2. Illuminazioni multi-pozzo per trasferimenti paralleli e diluizioni seriali

1. Aprire l'applicazione 'SerialDilution' dell'emettitore di luce con tubazione di Microplate mediante aprendo il programma di diluizione seriale (Maple-SerialDilution.exe).
2. Utilizzare la GUI, illustrata nella figura 7 e nella figura 8,per specificare la modalità di titolazione desiderata (colonna o riga), la densità della piastra e le righe iniziali. La GUI consente inoltre agli utenti di specificare una maschera di colonna o di riga per controllare quali LED in una determinata riga o colonna vengono illuminati. Ciò consente di illuminare un sottoinsieme di LED in una riga o colonna anziché illuminare l'intera riga o colonna.
3. Utilizzare i pulsanti Successivo e Precedente per scorrere le righe o le colonne in sequenza dalla riga o colonna iniziale iniziale all'ultima riga o colonna della piastra. Ogni volta che si fa clic sul pulsante Avanti o Precedente, il pannello luminoso illuminerà i LED corrispondenti della micropiastra.
4. Continuare fino a raggiungere la fine della sequenza di titolazione. Per uscire dal programma, fare clic sulla X rossa nell'angolo in alto a destra della GUI.

3. Formazione di laboratorio: tecniche di sviluppo e screening dei test

1. Inserire una micropiastra da 96 o 384 pozze nella guida luminosa portatile. La guida luminosa portatile contiene una batteria e tutta l'elettronica necessaria per essere utilizzata indipendentemente da un computer. Ciò consente di utilizzare la lightguide portatile in una modalità palmare che può essere controllata con pulsanti incorporati per passare da una modalità dimostrativa all'altra.
2. Utilizzare l'interruttore di commutazione di alimentazione sulla custodia porta luminosa portatile per accendere il sistema.
3. Determinare la modalità in cui si trova la guida luminosa portatile. Per impostazione predefinita, la guida luminosa portatile verrà caricata nella modalità demo HTS predefinita che fornisce agli utenti una rappresentazione visiva di una tipica piastra di analisi come illustrato nella Figura 9. In questa modalità, è possibile utilizzare l'interruttore pulsante destro nella parte superiore della guida luminosa portatile per passare attraverso i seguenti modelli di illuminazione campione.
   1. Tutti i pozze illuminate con colore rosso per simulare l'erogazione reagente di un saggio, ad esempio, (cellule sospese nei supporti).
   2. Tutti i pozzi illuminati con un colore giallo per simulare l'aggiunta di reagente coloranti.
   3. Prima colonna e ultima colonna di pozzi illuminati di verde, colonne di "campo campione" restanti illuminate di blu per indicare la piastra letta sul lettore di microplacio. I pozzetti casuali nel campo campione avranno anche un colore verde di intensità variabile per rappresentare i risultati.
4. Per alternare la guida luminosa tra la modalità demo HTS e la modalità demo di titolazione, premere l'interruttore pulsante sinistro. In questo modo si passerà la guida luminosa portatile alla modalità demo a titola che fornisce una guida visiva agli utenti per capire come le titrations possono essere eseguite in piastre composte. Quando la guida luminosa entra nella modalità demo di titola, si verificherà quanto segue.
   1. Tutti i pozzi nelle colonne 3 e 13 sono illuminati di colore giallo.
   2. Le pressioni successive dell'interruttore a pulsante più a destra illuminano le colonne in sequenza, ad esempio (4 e 14, 5 e 15, ecc.).
   3. Quando il pulsante viene premuto dopo il raggiungimento delle colonne 12 e 22, i pozzetti nelle colonne 4-12 e 13-22 vengono illuminati in intensità decrescente di giallo per rappresentare la titolazione.
5. Per modificare il comportamento predefinito della guida luminosa, collegare la guida luminosa portatile a un computer tramite un cavo USB e seguire le istruzioni dettagliate per l'aggiornamento del firmware predefinito tramite l'IDE di Arduino che si trova sul progetto GitHub pagina⁸. Aggiornando il firmware, è possibile modificare queste modalità per visualizzare altre sequenze o set di LED.

4. Illuminazione di manufatti in microplacche

1. Inserire una micropiastra da 96 o 384 pozze nella guida luminosa portatile.
2. Passare la guida luminosa alla modalità Illuminazione premendo due volte l'interruttore del pulsante a sinistra.
   NOTA: Un esempio dell'uso pratico di questa modalità può essere visto in Figura 10 e Figura 11, dove i composti hanno precipitato fuori soluzione e possono essere osservati sul fondo delle micropiastre. Senza un'illuminazione retroilluminata, la maggior parte del precipitato è invisibile ad occhio nudo, ma la retroilluminazione M.A.P.L.E. rivela precipitare per l'ispezione dell'utente e la documentazione fotografica.
3. Utilizzare il pulsante a destra per alternare tra un set di colori predefiniti in base alle esigenze dell'applicazione. Il pannello luminoso accenderà tutti i LED sui seguenti colori in sequenza con ogni pressione del pulsante destro: rosso, blu, verde, arancione, bianco, viola, giallo e indago.
4. Come passaggio opzionale, utilizzare una fotocamera o uno smartphone per fotografare la piastra illuminata per la registrazione o la documentazione del lavoro.

Representative Results

La piattaforma M.A.P.L.E. è in grado di illuminare i pozzi in micropiastre da 96 e 384 pozzi in una varietà di modi configurabili dall'utente, consentendo un controllo semplice e indipendente del colore e dell'intensità della luce in ogni pozzo. Contribuendo a ridurre le opportunità di errore nelle operazioni di pipettaggio manuale, M.A.P.L.E. aiuta gli utenti a preparare microplacche con maggiore sicurezza che ogni bene contenga il contenuto desiderato. Il trasferimento di campioni tra le piastre e la preparazione di piastre di diluizione seriale, come gli esempi visti nella figura 12 e nella figura 13,può essere realizzato senza preoccuparsi che l'utente sia distratto durante il lavoro e perda traccia di ciò che permangono le operazioni di pipettaggio. Quando il lavoro di pipettaggio è completato, la piattaforma M.A.P.L.E. può quindi essere utilizzata per aiutare a illuminare la micropiastra per aiutare l'utente a identificare potenziali artefatti come precipitati, pozzi vuoti, pozzi parzialmente riempiti o bolle d'aria. Rilevando questi artefatti al momento della creazione della microplacca, gli utenti possono adottare misure per migliorare i campioni prima di fornirli ai processi di laboratorio a valle.

Per dimostrare la funzionalità di M.A.P.L.E., è stato eseguito un test testa a testa per misurare la velocità e l'accuratezza delle operazioni di pipettaggio utilizzando un elenco di lavoro stampato rispetto ai passaggi descritti nella sezione 1 del protocollo. Per questo test, sette utenti del laboratorio Lead Identification hanno eseguito il test utilizzando la stessa lista di lavoro utilizzata sia per la modalità offline che per la guida M.A.P.L.E. Questi sette utenti hanno rappresentato una varietà di esperienza di pipettaggio, che vanno da molti anni in laboratorio agli utenti di pipettaggio alle prime armi. L'unica differenza è che l'utente annota a mano un foglio stampato per la modalità manuale e utilizza la GUI del computer in modalità guidata M.A.P.L.E. Questa lista di lavoro consisteva in 49 operazioni di pipettaggio da due microplacche di origine 384-pozzi contenenti un assortimento casuale di coloranti colorati in DMSO (Figura 14A,B) che incantesimo 'jove' in un singolo 384-bene micropiastra di destinazione (Figura 14 C). In questa configurazione, il layout dei pozzetti nella piastra di destinazione conferma che l'utente ha invaso i pozzetti corretti della piastra di destinazione e il modello di colore dei pozzetti nella piastra di destinazione può essere utilizzato per identificare gli errori in cui l'utente non pipette dal pozzo corretto delle piastre di origine come si vede in Figura 14D che mostra un esempio di errori di pipettaggio in pozzi K2, F22, F23 che si è verificato mentre un utente stava seguendo una lista di lavoro stampata. La tabella 1 contiene i risultati di questo test testa a testa che mostra un risparmio di tempo medio del 50% quando gli utenti hanno eseguito questo test utilizzando M.A.P.L.E. rispetto a un worklist stampato offline. Non solo la velocità del processo è aumentata quando è stato utilizzato M.A.P.L.E., ma il tasso di errore delle piastre create utilizzando M.A.P.L.E. è stato 0% per tutti gli utenti, mentre un tasso di errore del 6% è stato osservato per un utente alle prime armi quando si utilizza un worklist per l'attività di preparazione del campione (Figura 14 D).

Figura 1: File CSV di esempio utilizzato per l'applicazione di preparazione di esempio. Esempio di file CSV utilizzato per l'applicazione di preparazione di esempio, incluse le cinque colonne necessarie per annotare il volume di trasferimento, i codici a barre a micropiastra e le posizioni dei pozzi sia per le lastre di origine che per quella di destinazione. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Esempio di interfaccia utente di preparazione dell'applicazione. La GUI dell'applicazione di preparazione di esempio viene visualizzata all'utente all'avvio dell'applicazione. Da questa interfaccia l'utente può selezionare un file CSV da utilizzare nel processo di preparazione di esempio. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Finestra di dialogo Apertura file. La finestra di dialogo di apertura dei file consente all'utente di passare ai file CSV di interesse da utilizzare nel processo di preparazione di esempio. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: L'interfaccia GUI che è visibile all'utente dopo che un file CSV è stato selezionato e caricato nell'applicazione. Il contenuto del file CSV viene visualizzato in un formato in stile foglio di calcolo e la riga attiva viene evidenziata. Gli utenti possono fare un passo avanti o indietro attraverso il file utilizzando i pulsanti 'Pozzo precedente' o 'Pozzo successivo' che aggiornano la riga attiva e inviano i comandi di illuminazione appropriati a M.A.P.L.E. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Esempio di tipico processo di preparazione manuale delcampione prima di M.A.P.L.E. che mostra all'utente che fa riferimento all'elenco stampato di codici a barre di lamiera e posizioni dei pozzi da pipeted.

Figura 6: L'attuale processo di preparazione manuale deicampioni con M.A.P.L.E. che illumina i pozzi di interesse e visualizza i codici a barre delle microplacche necessari per l'attuale operazione di pipettaggio. I pozzi illuminati e i metadati dei codici a barre vengono aggiornati automaticamente in base all'input dell'utente dalla GUI visto nella Figura 4. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 7: Interfaccia GUI per il controllo diM.A.P.L.E. in modalità di titolazione, consentendo all'utente il controllo dell'illuminazione specificando colonne di interesse. Oltre alla modalità di titolazione (riga o colonna), gli utenti possono specificare la densità della lastra e avanzare o indietro nelle colonne facendo clic sui pulsanti 'Colonna successiva' o 'Colonna precedente'. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 8: Interfaccia GUI per il controllo diM.A.P.L.E. in modalità di titolazione, consentendo all'utente il controllo dell'illuminazione specificando le righe di interesse. Oltre alla modalità di titolazione (riga o colonna), gli utenti possono specificare la densità della lastra e avanzare o indietro tra le righe facendo clic sui pulsanti 'Riga successiva' o 'Riga precedente'. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 9: Pozzi illuminati con luci verdi e blu per rappresentare pozzi fluorescing nel lettore di microplacino per la modalità demo HTS. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 10: Esempio di microplacca fornita dal fornitore di 96 pozze contenenti composti appena acquistati con problemi di solubilità retroilluminati con un pannello luminoso M.A.P.L.E. 96-well con luce blu. Illuminare il fondo della micropiastra rende molto più facile identificare i composti che hanno precipitato fuori soluzione e hanno bisogno di bonifica prima di ulteriore manipolazione del liquido. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 11: Esempi dimicroplacca. (A) Esempio di microplacca 384-pozzi contenenti composti senza alcuna illuminazione posteriore. (B) 384-bene micropiastra posteriore con luce verde, rivelando molti pozzi contenenti precipitare. (C) Primo piano della micropiastra a 384 pozzetti con retroilluminazione verde. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 12: Esempio di micropiastra a384 pozze di destinazione contenente 320 campioni individuali che sono stati trasferiti da molte microplacche di origine diverse. Questo esempio rappresenta una tipica preparazione campione nota come microplacca araccolta o a ciliegia che si vede nella fase di conferma dello schermo di un saggio. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 13: Esempio della tipica microplacca a384 pozze con diluizioni seriali a 10 punti a partire dalle colonne 3 e 13 con un filtro maschera per le righe da 1 a 16 (tutte le righe incluse). Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 14: Test ditubazione di preparazione del campione (( A, B) 384 pozzetti contenenti vari coloranti colorati solvamentati in solfossido di metile (DMSO) da utilizzare per la preparazione del test di tubazione del campione. (C) 384 pozzetti ben risultanti da prova di tubazione di preparazione del campione contenente i colori corretti dei campioni nelle posizioni corrette. (D) micropiastra 384 pozzetti risultante da un test di tubazione di preparazione del campione contenente errori (K2, F22, F23) quando l'utente ha seguito il metodo dell'elenco di lavoro manuale. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 15: Spettri di uscita LED misurati da uno spettrometro.

utente	Tempo elenco di lavoro	Tasso di errore dell'elenco di lavoro	M.A.P.L.E. Tempo	Tasso di errore M.A.P.L.E.	Aumento della velocità %
#1 utente esperti	15 min 8 s	0%	9 min 39 s	0%	36%
#2 utente esperti	17 min 54 s	0%	7 min 59 s	0%	55%
#3 utente esperti	18 min 34 s	0%	10 min 25 s	0%	44%
#4 utente esperti	20 min 50 s	0%	10 min 13 s	0%	51%
#1 utente alle prime armi	26 min 52 s	0%	11 min 03 s	0%	59%
#2 utente alle prime armi	35 min 49 s	6%	15 min 29 s	0%	57%
#3 utente alle prime armi	22 min 44 s	0%	11 min 30 s	0%	49%

Tabella 1: risultati della preparazione manuale del campione rispetto alla preparazione del campione a M.A.P.L.E., incluso il tempo impiegato da ogni utente per elaborare l'elenco di lavoro completo in ogni modalità.

96w Microplate M.A.P.L.E. elenco delle parti	venditore	Parte fornitore #	Costo per articolo	Quantità necessaria per l'assemblaggio	Costo delle parti per prototipo
96 pozzo RGB prototipo PCB	Parco della SSL		28,38 USD	1	28,38 USD
RGB 3535 SK6812 LED SMD RGB	Aliexpress (BTF-Lighting)	SK6812mini 3535	0,10 USD	96	9,63 USD
0,1 condensatore SMD (0805)	Chiave Digi	478-3351-1-ND	0,16 USD	96	15,36 USD
Adafruit Metro Mini 328 – 5V	Chiave Digi	1528-1374-ND	12,50 USD	1	12,50 USD
totale					65,87 USD

Tabella supplementare 1: Elenco dei componenti necessari per fabbricare una guida luminosa RGB a 96 pozzetto.

384w Microplate M.A.P.L.E. elenco delle parti	venditore	Parte fornitore #	Costo per articolo	Quantità necessaria per l'assemblaggio	Costo delle parti per prototipo
384 pozzo RGB prototipo PCB	Parco della SSL		28,38 USD	1	28,38 USD
RGB 2427 SK6805 RGB SMD LED	MOKUNGIT (informazioni in stato inquestosconosciuto)	SK6805 2427	0,09 USD	384	34,20 USD
0.1uF condensatore SMD (0603)	Chiave Digi	478-10679-6-ND	0,05 USD	384	18,05 USD
Adafruit Metro Mini 328 – 5V	Chiave Digi	1528-1374-ND	12,50 USD	1	12,50 USD
totale					93,13 USD

Tabella supplementare 2: Elenco dei componenti necessari per fabbricare una guida luminosa RGB a 384 pozzetto.

Discussion

Rilasciando M.A.P.L.E. come piattaforma open source, abbiamo introdotto uno strumento di laboratorio che fornisce utilità, ma può anche essere facilmente esteso per soddisfare le esigenze in continua evoluzione dell'utente finale. La preparazione del campione di micropiastra Benchtop è un'attività comune che viene eseguita in un'ampia varietà di ambienti di laboratorio e questo compito può essere notevolmente migliorato con una tecnologia come M.A.P.L.E.

La piattaforma M.A.P.L.E. è stata appositamente progettata tenendo conto dell'adattabilità alle applicazioni future. Ogni componente (pannello di illuminazione elettronica, firmware, GUI, custodia) può essere estratto per l'uso individuale, utilizzato come parte del sistema più grande o qualsiasi combinazione intermedia dello stesso. Ad esempio, il recinto di progetto stampato in 3D può essere utilizzato senza il pannello di illuminazione semplicemente per migliorare l'ergonomia del tubo da banco. Il pannello di illuminazione ha una semplice interfaccia a tre fili che può essere collegata a qualsiasi sistema in grado di generare un segnale di controllo da 5 V, sorgente e terra da 5 V (GND). Il comportamento e l'utilità delle GUI software possono essere modificati utilizzando il codice Python, i circuiti dei pannelli di illuminazione possono essere modificati in KiCad e il firmware del microcontrollore utilizzato per controllare i pannelli può essere modificato nell'IDE di Arduino. Con questa flessibilità, la piattaforma M.A.P.L.E. è estensibile per soddisfare le esigenze future.

Di dispositivi simili precedentemente sviluppati per l'uso per illuminare micropiastre^3,4,5,6,7, M.A.P.L.E. è l'unico dispositivo che è completamente open source. Ciò offre una grande flessibilità all'utente finale per estendere le funzionalità esistenti per soddisfare le loro esigenze specifiche. Questa funzionalità estesa può assumere la forma di ulteriori dispositivi di controllo di input dell'utente (pedali, pulsanti, ecc.) o di altri dispositivi di visualizzazione dei metadati. La natura open source del dispositivo aiuta anche a prevenire l'obsolescenza del dispositivo a causa della dipendenza da qualsiasi fornitore specifico per la produzione, lo sviluppo o il supporto del dispositivo. Gli utenti possono scegliere di mantenere M.A.P.L.E. come un dispositivo compatto a singolo fattore di microplastica, o di estenderlo per illuminare più microplacche contemporaneamente, entrambe le applicazioni sono state dimostrate in questo manoscritto. Infine, i componenti necessari per assemblare un sistema M.A.P.L.E. hanno un costo inferiore rispetto a qualsiasi soluzione commerciale precedentemente disponibile.

Le potenziali limitazioni del sistema includono l'interferenza di illuminazione e visualizzazione causata da composti di colore scuro. La funzionalità di preparazione di esempio richiede anche attualmente che M.A.P.L.E. sia legato a un computer tramite USB. Suggeriamo inoltre che i processi di laboratorio che utilizzano composti sensibili alla luce o reagenti siano testati prima dell'uso prolungato con M.A.P.L.E. I trasferimenti di composti sensibili alla luce sono un problema in qualsiasi situazione di laboratorio, ma M.A.P.L.E. può selezionare lunghezze d'onda che sono meno inclini come la luce rossa. M.A.P.L.E. consente inoltre agli utenti di regolare il colore e l'intensità del LED tramite aggiornamenti del firmware al microcontrollore per fornire l'illuminazione specifica desiderata. L'uscita spettrale dei LED è stata fornita secondo la figura 15 in modo che l'utente possa evitare lunghezze d'onda a cui il composto è noto per assorbire la luce.

I componenti di M.A.P.L.E. potrebbero anche essere riutilizzati per studiare usi alternativi come la fotochimica, la separazione di fase nelle librerie composte o modificati con diversi LED di lunghezza d'onda (ad esempio, UV) per estendere la sua funzionalità per altre applicazioni. Allo stesso modo, la spettroscopia di colorimetria o assorbenza può essere eseguita a basso costo con le emissioni selezionate di M.A.P.L.E. come illustrato nella Figura 15 e nell'app per fotocamera o smartphone per acquisire i valori di output RGB. In conclusione, il M.A.P.L.E. è stato progettato per l'uso immediato per supportare la preparazione di microplacche campione, ma come piattaforma open-source può essere adattato per l'uso in molte altre applicazioni.

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