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Bioengineering

오픈 소스 마이크로플레이트 호환 조명 패널용 애플리케이션

Published: October 3, 2019 doi: 10.3791/60088

Summary

마이크로플레이트 보조 파이펫팅 라이트 에미터(M.A.P.L.E.)는 마이크로플레이트의 수동 준비에 대한 지침을 제공하기 위해 마이크로티터 웰을 체계적으로 조명하는 컴퓨터 구동 장치입니다.  M.A.P.L.E.는 데이터 기록 보관을 자동화하면서 마이크로플레이트 준비의 정확도를 향상시킵니다.  또한 마이크로 플레이트 품질을 검사하거나 오류 감지를 지원할 수 있습니다.

Abstract

마이크로 플레이트는 소규모 실험실 벤치탑 작업뿐만 아니라 대규모 고처리량 스크리닝(HTS) 캠페인 모두에서 다양한 작업을 위해 현대 실험실 환경에서 일반적으로 사용됩니다. 실험실 자동화로 인해 마이크로플레이트의 유용성은 크게 향상되었지만 자동화 기반 계측이 실현 가능하지 않거나 비용 효율적이며 마이크로플레이트 서식 요구 사항과 호환되지 않는 경우가 남아 있습니다. 이러한 경우 마이크로 플레이트를 수동으로 준비해야 합니다. 수동 마이크로플레이트 조작에 문제가 되는 것은 샘플 작업의 정확한 추적, 데이터 기록 보관 및 품질 관리(QC) 검사와 관련하여 잘 아티팩트 또는 서식 오류에 대한 여러 가지 문제가 발생할 수 있다는 것입니다. 마이크로 플레이트 웰 밀도가 증가함에 따라 (즉, 96 웰, 384 웰, 1536 웰) 오류가 발생할 가능성도 급격히 증가합니다.  또한, 소형 벤치탑 실험실 작업의 경우 비용 효율적인 방식으로 시료 처리의 용이성과 정확성을 개선할 필요성이 존재합니다. 본 명세서에서는 마이크로플레이트 보조 파이펫팅 라이트 이미터(M.A.P.L.E.)로 지칭되는 반자동 파이펫팅 가이드역할을 하는 시스템을 설명한다.  M.A.P.L.E.는 고처리량 스크리닝 또는 실험실 벤치탑 작업에서 분석 개발을 위한 화합물 적중 피킹 및 마이크로플레이트 준비를 지원하고 마이크로플레이트의 QC/품질 보증(QA) 진단 평가를 지원하기 위한 여러 용도를 가지고 있습니다. 품질 또는 잘 서식 오류를 시각화.

Introduction

최근 발표된1,스크립스 리서치2의 리드 식별 연구소는 마이크로플레이트 보조 파이펫팅 라이트 이미터(M.A)라고 불리는 마이크로플레이트 준비를 위한 오픈 소스 조명 패널을 개발하고 출시했습니다. P.L.E.) 마이크로플레이트의 수동 제제는 화합물 관리 또는 생체 분석 요구를 위해 만들어지든, 마이크로플레이트의 밀도뿐만 아니라 크게 증가하는 인간의 실수에 취약할 수 있습니다. 또한 마이크로 플레이트 콘텐츠/형식의 적절한 기록 보관 및 데이터 로깅도 수동 입력 오류가 발생하기 쉽습니다. 높은 처리량 스크리닝(HTS) 자동화 시설에서이러한 문제는 자동화된 데이터베이스 기록 보관과 통합된 컴퓨터 기반 로봇 워크스테이션을 사용하여 완화됩니다. 수동 조작을 최소화하고 서식 지정 및 데이터 기록 오류를 줄일 수 있습니다. 그러나 자동화 기반 계측이 단순히 불가능하거나 마이크로 플레이트 서식 요구 사항과 호환되지 않는 경우가 많기 때문에 수동 개입이 필요합니다. 또한 마이크로플레이트 준비의 처리량, 정확성 및 데이터 기록 보관을 자동화하기 위해 컴팩트하고 비용 효율적인 반자동 장치가 필요한 소규모 실험실 운영을 지원해야 합니다.

다른 마이크로 플레이트 조명 시스템이 존재하는 동안, 그들은 독점 상용 솔루션3,4,5,6,7 마이크로 플레이트 형식과 그 독점으로 제한 폐쇄 소스 특성은 특수 한 작업에 대 한 이러한 장치를 적응을 허용 하는 사용자 기반 수정을 방지 합니다.  M.A.P.L.E.는 소스 코드와 모든 디자인 파일을 무료로 온라인으로 사용할 수있는 저렴한 오픈 소스 장치로 설계되었습니다8. 표면 마운트 납땜 기술에 대한 지식이 있는 사용자는 GitHub에서 사용할 수 있는 코드 및 설계 파일로 자체 M.A.P.L.E. 장치를 조립하거나 제공된 인쇄 회로 기판(PCB) 설계, 3D 인쇄 인클로저 컴퓨터 지원 장치를 수정할 수 있습니다. CAD(설계) 모델 및 코드를 사용하여 특정 요구 사항을 충족합니다. 라이트 가이드 PCB를 제작하는 데 필요한 부품의 전체 목록은 보충 표 12에서 찾을 수 있으며 라이트 패널의 설계 및 구현에 대한 자세한 내용은 최근 출판된 에서 확인할 수 있습니다. 문서1. 오픈 소스 파일을 기반으로 미리 조립 된 라이트 가이드 PCB를 구입하고자하는 사용자는 온라인9에나열 된 것을 찾을 수 있습니다.

M.A.P.L.E.는 마이크로플레이트10에대한 바이오 분자 스크리닝(SBS) 사양에 일치하는 마이크로플레이트 기반 풋프린트 및 LED-LED 간격을 가진 쉽게 제어 가능한 조명 패널을 사용자에게 제공한다. M.A.P.L.E.는 96웰 및 384웰 밀도의 마이크로플레이트를 지원하고 사용자가 원하는 구성, 색상 및 강도로 우물을 조명할 수 있도록 개발되었습니다. 이 광 패널은 파이펫팅 작업(11)을위한 마이크로 플레이트를 조명하는 데 사용할 수 있으며, 교육 및 데모를 위한 마이크로 플레이트 리더12,13과 같은 실험실 포맷 작업 또는 계측기를 시뮬레이션할 수 있습니다. 목적. 프로젝트의 오픈 소스 특성을 통해 사용자는 패널, 펌웨어 또는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI) 소프트웨어를 쉽게 수정하여 원하는 새로운 기능을 지원할 수 있습니다. 지침 및 데이터 기록 보관은 컴퓨터 기반이며 스프레드시트와 통합하거나 데이터베이스 시스템으로 이식할 수 있습니다. M.A.P.L.E.는 일반 텍스트 쉼표 구분 된 파일로 작동하도록 설계되었기 때문에 CSV 형식의 파일을 가져오거나 내보낼 수있는 모든 스프레드 시트 또는 데이터베이스 소프트웨어를 M.A.P.L.E.에서 쉽게 확장할 수 있습니다. 또한, 이 시스템을 위해 설계된 프로젝트 인클로저는 파이펫팅 작업 중에 마이크로 플레이트를 사용자쪽으로 기울어 실험실 벤치에 있는 동안 사용자에게 보다 자연스러운 자세를 제공하여 인체공학성을 높입니다. M.A.P.L.E. 시스템에 대한 특정 운영 기능에는 다음과 같은 내용이 포함됩니다: (i) 수동 파이펫팅 안내를 위해 마이크로 플레이트전반에 걸쳐 단일 소스와 대상을 잘 조명하여 맞춤형 플레이트를 준비하는 복합 관리 노력을 용이하게 합니다. 전자 기록 후 완료로 저장할 수 있는 컴퓨터 스크립트를 통해 지원됩니다. (ii) M.A.P.L.E.는 마이크로 플레이트 행 이나 열에 걸쳐 우물의 수를 조명할 수 있습니다. 빠른 직렬 희석 안내 또는 선택 복제 컨트롤 배치에 이상적입니다. (iii) M.A.P.L.E.는 데모 모드에서 실험실 교육 요구를 용이하게 하거나 샘플 및 제어 배치 또는 전용 웰 사용(예: 에지 효과 장벽 갭)과 관련하여 서식 요구 사항을 강조할 수 있습니다. (iv) M.A.P.L.E.는 강수/결정화, 기포, 잘 이질성, 빈 우물과 같은 유물의 시각화를 허용하기 위해 투명/반투명 웰을 백라이트할 수 있습니다. 또한 최종 사용자가 문서화 요구 사항에 맞게 플레이트 이미지를 쉽게 촬영할 수 있습니다.

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Protocol

1. 반자동 "플레이트 대 플레이트" 샘플 이송 준비

  1. 스프레드시트 편집 응용 프로그램을 사용하여 소스 및 대상 플레이트를 포함하는 그림 1과 같이 CSV 파일을 생성합니다. 생성된 CSV 파일에는 나열된 순서대로 다음 헤더 열이 있어야 합니다. 대상_바코드; 소스_웰; Dest_well; 전송_볼륨.
  2. 헤더 열 아래에 원하는 각 파이펫팅 작업(예: 샘플 전송)에 대해 CSV 파일에 다음 정보가 포함된 행을 하나 포함해야 합니다.
    1. Source_barcode: 소스 마이크로플레이트의 유숫자 바코드, 예를 들어, S1007372; 바코드가 연결되어 있지 않으면 비워 둡니다.
    2. Destination_barcode: 대상 마이크로플레이트의 유숫자 바코드(예: D0573282; 바코드가 연결되어 있지 않으면 비워 둡니다.
    3. Source_well: 소스 플레이트에서 파이펫아웃되는 잘 에 대한 범숫자 행 및 열 식별자(예: 행H(8행), 열 10(ANSI/SLAS 표준 웰 지정, 예: A1, C10...)에 대한 H10.
    4. Dest_well: 대상 플레이트에서 파이펫아웃되는 잘 하기 위한 범숫자 행 및 열 식별자(예: 행 A(1st 행), 열 3(ANSI/SLAS 표준 웰 지정, 예: A1, C10...)에 대한 A3.
    5. Transfer_volume: source_barcode의 source_well에서 destination_barcode의 dest_well으로 전송할 볼륨(숫자 및 단위없는: 일반적으로 μL).
  3. 라이트 가이드 프로그램(Maple-LightGuide.exe)을 열어 그림 2에표시된 플레이트 GUI 응용 프로그램에 마이크로 플레이트 보조 파이펫팅 라이트 이미터 플레이트를 엽니다.
  4. GUI의 왼쪽 위 모서리에 있는 체리픽 파일 선택 버튼을 클릭합니다.
  5. 그림 3에표시된 파일 브라우저 창을 사용하여 위의 1.1 및 1.2 단계에서 생성된 CSV 파일로 이동하여 열기 단추를 클릭합니다. 응용 프로그램은 CSV 파일의 첫 번째 행을 구문 분석하고 소스 및 대상 플레이트에서 해당 웰을 비춥시됩니다.
  6. 그림 4에표시된 GUI의 오른쪽 위 모서리에 있는 이전 우물다음 잘 단추를 사용하여 원하는 대로 CSV 파일을 탐색합니다. GUI는 이전에 조명된 행을 회색으로 강조 표시하고 현재 활성 행을 갈색으로 강조 표시합니다.
  7. 필요에 따라 파이펫팅 작업을 수행하여 소스 플레이트의 소스 웰 간에 샘플을 대상 플레이트의 대상 우물로 전송합니다. 그림 5에서M.A.P.L.E. 비보조 손 파이펫팅 작업의 예를 볼 수 있으며, 그림 4 및 도 6에서볼 수 있는 현재 사용자 파이펫팅 뷰를 비교합니다. 사용자 GUI 외에도 조명 패널에 부착된 LCD 디스플레이를 통해 플레이트 바코드를 확인할 수 있습니다.
  8. CSV 파일의 끝에 도달 할 때까지 계속 다음 버튼을 통해. 새 CSV 파일을 로드하려면 체리픽 선택 파일을 언제든지 클릭할 수 있습니다. 프로그램을 종료하려면 GUI의 오른쪽 상단 모서리에있는 빨간색 X를 클릭 할 수 있습니다.

2. 병렬 전송 및 직렬 희석을 위한 다중 웰 조명

  1. 직렬 희석 프로그램(Maple-SerialDilution.exe)을 열어 마이크로플레이트 보조 파이펫팅 라이트 에미터 '직렬 희석' 응용 프로그램을 엽니다.
  2. 그림 7그림 8에표시된 GUI를 사용하여 원하는 적정 모드(열 또는 행), 플레이트 밀도 및 시작 행 또는 열(들)을 지정합니다. 또한 GUI를 사용하면 사용자가 지정된 행 또는 열에 있는 LED를 제어할 수 있는 열 또는 행 마스크를 지정할 수 있습니다. 이렇게 하면 전체 행이나 열을 비추는 대신 행 또는 열의 LED 하위 집합을 비출 수 있습니다.
  3. 다음이전 단추를 사용하여 초기 시작 행 또는 열에서 플레이트의 마지막 행 또는 열까지 순서대로 행이나 열을 단계별로 진행합니다. 다음 또는 이전 버튼을 클릭할 때마다 라이트 패널이 마이크로플레이트의 해당 LED를 비춥시합니다.
  4. 적정 시퀀스가 끝날 때까지 계속합니다. 프로그램을 종료하려면 GUI의 오른쪽 상단 모서리에 있는 빨간색 X를 클릭합니다.

3. 실험실 교육 : 분석 개발 및 선별 형식 기술

  1. 휴대용 조명 가이드에 96-또는 384웰 마이크로플레이트를 놓습니다. 휴대용 조명 가이드에는 배터리와 컴퓨터와 독립적으로 사용하는 데 필요한 모든 전자 장치가 포함되어 있습니다. 이를 통해 휴대용 라이트가이드를 핸드헬드 모드로 사용할 수 있으며, 기본 제공 푸시버튼으로 제어하여 데모 모드 사이를 전환할 수 있습니다.
  2. 휴대용 조명 가이드 인클로저의 전원 토글 스위치를 사용하여 시스템에 전원을 공급합니다.
  3. 휴대용 라이트 가이드의 모드를 결정합니다. 기본적으로 휴대용 조명 가이드는 그림 9에서볼 수 있는 일반적인 분석 판의 시각적 표현을 사용자에게 제공하는 기본 HTS 데모 모드로 로드됩니다. 이 모드에서는 휴대용 조명 가이드 상단의 오른쪽 푸시 버튼 스위치를 사용하여 다음 샘플 조명 패턴을 전환할 수 있습니다.
    1. 모든 웰은 적색으로 조명되어 분석의 시약 디스펜스(예: 용지의 부유 셀)를 시뮬레이션합니다.
    2. 모든 웰은 염료 시약 첨가를 시뮬레이션하기 위해 노란색으로 조명됩니다.
    3. 우물의 첫 번째 열과 녹색, 나머지 중간 '샘플 필드'열은 마이크로 플레이트 리더에서 읽는 플레이트를 나타내는 파란색을 조명. 샘플 필드의 임의 웰도 적중을 나타내는 다양한 강도의 녹색 색상을 갖습니다.
  4. HTS 데모 모드와 적정 데모 모드 사이에 라이트 가이드를 전환하려면 왼쪽 푸시 버튼 스위치를 누를 수 있습니다. 이렇게 하면 휴대용 조명 가이드를 적정 데모 모드로 전환하여 사용자가 복합 플레이트에서 적정을 수행하는 방법을 이해할 수 있는 시각적 가이드를 제공합니다. 라이트 가이드가 적정 데모 모드로 들어가면 다음과 같은 일이 발생합니다.
    1. 열 3과 13의 모든 웰은 노란색으로 비춰집니다.
    2. 오른쪽 푸시 버튼 스위치의 후속 누는 것은 순서대로 열을 비춥니다(예: 4 및 14, 5 및 15 등).
    3. 열 12와 22에 도달한 후 푸시 버튼을 누르면 4-12 및 13-22 열의 웰이 적정을 나타내기 위해 노란색의 감소 된 강도로 조명됩니다.
  5. 라이트 가이드의 기본 동작을 수정하려면 USB 케이블을 통해 휴대용 조명 가이드를 컴퓨터에 연결하고 프로젝트 GitHub 페이지8에서찾을 수있는 Arduino IDE를 통해 기본 펌웨어를 업데이트하기위한 자세한 지침을 따르십시오. 펌웨어를 업데이트하여 이러한 모드를 수정하여 다른 시퀀스 또는 LED 집합을 표시할 수 있습니다.

4. 마이크로 플레이트의 유물 조명

  1. 휴대용 조명 가이드에 96-또는 384웰 마이크로플레이트를 놓습니다.
  2. 가장 왼쪽 푸시 버튼 스위치를 두 번 눌러 조명 모드로 라이트 가이드를 전환합니다.
    참고: 이 모드의 실용적인 사용예는 화합물이 용액에서 침전되어 마이크로플레이트 바닥에서 관찰될 수 있는 그림 10그림 11에서볼 수 있습니다. 백라이트 조명없이, 침전물의 대부분은 육안으로 볼 수 없습니다, 하지만 M.A.P.L.E. 백라이트는 사용자 검사 및 사진 문서에 대한 침전을 밝혀.
  3. 올바른 푸시 버튼을 사용하여 응용 프로그램에 필요한 미리 정의된 색상 집합 간에 전환할 수 있습니다. 빨간색, 파란색, 녹색, 주황색, 흰색, 보라색, 노란색과 남색 : 밝은 패널은 오른쪽 버튼의 각 푸시와 순서대로 다음 색상으로 모든 LED를 켭니다.
  4. 옵션 단계로, 카메라 나 스마트 폰을 사용하여 조명 판을 촬영하여 기록 보관 또는 작업을 문서화하십시오.

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Representative Results

M.A.P.L.E. 플랫폼은 다양한 사용자 구성 방법으로 96- 및 384 웰 마이크로플레이트의 웰을 조명할 수 있어 각 웰의 색상과 광도를 간단하고 독립적으로 제어할 수 있습니다. M.A.P.L.E.는 수동 파이펫팅 작업에서 오류 발생 기회를 줄임으로써 사용자가 각 웰에 원하는 내용이 포함되어 있다는 확신을 가지고 마이크로플레이트를 준비할 수 있도록 지원합니다. 도 12 및 그림 13의예와 같이 플레이트 간 샘플 전달 및 직렬 희석 판의 제조는 사용자가 작업 중에 주의를 산만하게 하고 무엇을 추적하지 못하는지 염려없이 수행 될 수 있습니다. 파이펫팅 작업이 유지됩니다. 파이펫팅 작업이 완료되면 M.A.P.L.E. 플랫폼을 사용하여 마이크로플레이트를 조명하여 침전물, 빈 우물, 부분적으로 채워진 우물 또는 기포와 같은 잠재적인 아티팩트를 식별할 수 있습니다. 마이크로플레이트가 생성될 때 이러한 아티팩트를 검출함으로써 사용자는 다운스트림 실험실 공정에 샘플을 제공하기 전에 샘플을 개량하기 위한 조치를 취할 수 있습니다.

M.A.P.L.E.의 기능을 입증하기 위해 인쇄된 작업 목록을 사용하여 파이펫팅 작업의 속도와 정확도를 측정하기 위해 프로토콜 섹션 1에 설명된 단계와 일대일 테스트를 수행했습니다. 이 테스트의 경우, 리드 식별 실험실의 7명의 사용자가 동일한 워크리스트를 사용하여 테스트를 수행했으며 M.A.P.L.E-guided에 비해 오프라인 모두에 사용되었습니다. 이 7명의 사용자는 실험실에서 수년 동안 부터 초보 파이펫팅 사용자에 이르기까지 다양한 파이펫팅 경험을 표현했습니다. 유일한 차이점은 사용자가 수동 모드에 대한 인쇄 된 시트에 손으로 어추가하는 것과 M.A.P.L.E.-guided 모드에서 컴퓨터 GUI를 사용하는 것입니다. 이 작업 목록은 DMSO에서 임의의 색 염료를 포함하는 두 개의 384 웰 소스 마이크로 플레이트에서 49 개의 파이펫팅 작업으로 구성되었습니다(그림 14A, B)단일 384 웰 대상 마이크로 플레이트에서 'jove'를 철자(그림 14) C).이 구성에서, 대상 플레이트의 웰 레이아웃은 사용자가 대상 플레이트의 올바른 웰에 파이펫을 설치했는지 확인하고 대상 플레이트에 있는 웰의 색상 패턴을 사용하여 사용자가 오류를 식별하는 데 사용할 수 있습니다. 사용자가 인쇄 된 작업 목록을 따르는 동안 발생한 웰 K2, F22, F23에서 파이펫팅 오류의 예를 보여주는 그림 14D에서 볼 수 있듯이 소스 플레이트의 올바른 웰에서 피펫하지 않았다. 표 1에는 사용자가 M.A.P.L.E.와 오프라인 인쇄 된 워크리스트를 사용하여이 테스트를 수행 할 때 평균 시간 절약을 보여주는 이 일대일 테스트 결과가 포함되어 있습니다. M.A.P.L.E.를 사용할 때 공정 속도가 빨라졌을 뿐만 아니라 M.A.P.L.E.를 사용하여 생성된 플레이트의 오류율은 모든 사용자에 대해 0%였으며, 샘플 준비 작업에 대한 작업 목록을 사용할 때 한 초보 사용자에게는 6%의 오차율이 관찰되었습니다(그림14) D).

Figure 1
그림 1: 샘플 준비 어플리케이션에 사용되는 CSV 파일 예제입니다. 이송 볼륨, 마이크로 플레이트 바코드 및 소스 및 대상 플레이트 모두에 대한 유정 위치에 추가하는 데 필요한 5개의 열을 포함하여 샘플 준비 어플리케이션에 사용되는 CSV 파일예제. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 2
그림 2: 샘플 준비 응용 프로그램 GUI. 샘플 준비 응용 프로그램 GUI는 응용 프로그램을 시작할 때 사용자에게 표시됩니다. 이 인터페이스에서 사용자는 샘플 준비 프로세스에서 사용할 CSV 파일을 선택할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 3
그림 3: 파일 열기 대화 상자입니다. 파일 열기 대화 상자를 사용하면 샘플 준비 프로세스에서 사용할 CSV 파일로 이동할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 4
그림 4: CSV 파일을 선택하고 응용 프로그램에 로드한 후 사용자에게 표시되는 GUI 인터페이스입니다. CSV 파일의 내용은 스프레드시트 스타일 형식으로 표시되고 활성 행이 강조 표시됩니다. 사용자는 활성 행을 업데이트하고 M.A.P.L.E.에 적절한 조명 명령을 보내는 '이전 잘' 또는 '다음 잘' 버튼을 사용하여 파일을 앞으로 또는 뒤로 진행할 수 있습니다.

Figure 5
그림 5: M.A.P.L.E. 이전에 사용자가 배양할 플레이트 바코드 및 웰 위치의 인쇄 된 목록을 표시하는 일반적인 수동 샘플 준비 프로세스의 예. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 6
그림 6: M.A.P.L.E. 관심 있는 우물을 조명하고 현재 파이펫팅 작업에 필요한 마이크로플레이트의 바코드를 표시하는 현재 수동 시료 준비 공정. 조명웰 및 바코드 메타데이터는 그림 4에나타난 GUI의 사용자 입력에 따라 자동으로 업데이트됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 7
그림 7: 적정 모드에서 M.A.P.L.E.를 제어하는 GUI 인터페이스로 관심 있는 열을 지정하여 사용자가 조명을 제어할 수 있습니다. 적정 모드(행 또는 열) 외에도 사용자는 '다음 열' 또는 '이전 열' 버튼을 클릭하여 플레이트 밀도를 지정하고 열을 앞뒤로 진행할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 8
그림 8: 적정 모드에서 M.A.P.L.E.를 제어하기 위한 GUI 인터페이스로 관심 있는 행을 지정하여 조명을 사용자가 제어할 수 있습니다. 적정 모드(행 또는 열) 외에도 사용자는 '다음 행' 또는 '이전 행' 버튼을 클릭하여 플레이트 밀도를 지정하고 행을 앞으로 또는 뒤로 진행할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 9
그림 9: HTS 데모 모드용 마이크로플레이트 리더에서 플루시징하는 웰을 나타내는 녹색 및 파란색 조명으로 조명된 웰. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 10
그림 10: 용해도 문제가 있는 새로 구입한 화합물을 포함하는 96웰 벤더가 제공하는 마이크로플레이트의 예는 청색광이 있는 96웰 M.A.P.L.E. 라이트 패널로 조명되었다. 마이크로 플레이트의 바닥을 비추면 용액에서 침전된 화합물을 훨씬 쉽게 식별할 수 있으며 액체를 추가로 처리하기 전에 교정이 필요합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 11
도 11: 마이크로플레이트 예. (A)백 조명 없이 화합물을 함유하는 384웰 마이크로플레이트의 예. (B)384 웰 마이크로 플레이트 백라이트와 녹색 빛, 침전을 포함 하는 많은 우물을 공개 하 고 있습니다. (C)녹색 백라이트가있는 384 웰 마이크로 플레이트의 클로즈업. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 12
도 12: 다양한 소스 마이크로플레이트로부터 이송된 320개의 개별 샘플을 포함하는 목적지 384웰 마이크로플레이트의 예. 이 예는 분석의 확인 화면 단계에서 볼 수 있는 히트고른 또는 체리수확 마이크로플레이트로 알려진 전형적인 샘플 제제를 나타낸다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 13
그림 13: 열 3 & 13에서 시작하는 10점 직렬 희석이 있는 일반적인 384웰 마이크로플레이트의 예시로 행 1-16(모든 행 포함)에 대한 마스크 필터가 있는 경우.

Figure 14
도 14: 시료 제제 파이펫팅 시험( A, B)시료 제제 파이펫팅 시험에 사용되는 디메틸 설폭사이드(DMSO)에 용해된 다양한 착색 염료를 함유하는 384웰 마이크로플레이트. (C)384 올바른 위치에 샘플의 올바른 색상을 포함하는 샘플 준비 파이펫 팅 테스트에서 발생하는 잘 마이크로 플레이트. (D)사용자가 수동 작업리스트 방법을 따랐을 때 샘플 제제 파이펫팅 테스트 (K2, F22, F23)를 포함하는 결과 384 웰 마이크로 플레이트. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Figure 15
그림 15: 분광계로 측정한 LED 출력 스펙트럼. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

사용자 작업 목록 시간 작업 목록 오류율 M.A.P.L.E. 시간 M.A.P.L.E. 오류율 % 속도 증가
숙련된 사용자 #1 15분 8초 0% 9분 39초 0% 36%
숙련된 사용자 #2 17분 54초 0% 7분 59초 0% 55%
숙련된 사용자 #3 18분 34초 0% 10분 25초 0% 44%
숙련된 사용자 #4 20분 50초 0% 10분 13초 0% 51%
초보 사용자 #1 26분 52초 0% 11분 03초 0% 59%
초보 사용자 #2 35분 49초 6% 15분 29초 0% 57%
초보 사용자 #3 22분 44초 0% 11분 30초 0% 49%

표 1: 각 모드에서 전체 작업 목록을 처리하는 데 각 사용자가 소요한 시간을 포함하여 수동 샘플 준비 와 M.A.P.L.E.-안내 샘플 준비의 결과입니다.

96w 마이크로 플레이트 M.A.P.L.E.
부품 목록
공급 업체 공급업체 부품 # 항목당 비용 조립에 필요한 수량 프로토타입당 부품 비용
96 웰 RGB 프로토 타입 PCB 오시 파크 $28.38 1 $28.38
RGB 3535 SK6812 RGB SMD LED 알리익스프레스 (BTF-조명) SK6812mini 3535 $0.10 96 $9.63
0.1 μF 커패시터 SMD (0805) 디기 키 478-3351-1-ND $0.16 96 $15.36
아다프루트 메트로 미니 328 – 5V 디기 키 1528-1374-ND $12.50 1 $12.50
$65.87

보충 표 1: 96웰 RGB 라이트 가이드를 제작하는 데 필요한 구성 요소 목록입니다.

384w 마이크로 플레이트 M.A.P.L.E.
부품 목록
공급 업체 공급업체 부품 # 항목당 비용 조립에 필요한 수량 프로토타입당 부품 비용
384 웰 RGB 프로토 타입 PCB 오시 파크 $28.38 1 $28.38
RGB 2427 SK6805 RGB SMD LED 모쿵기트 (주) SK6805 2427 $0.09 384 $34.20
0.1uF 커패시터 SMD (0603) 디기 키 478-10679-6-ND $0.05 384 $18.05
아다프루트 메트로 미니 328 – 5V 디기 키 1528-1374-ND $12.50 1 $12.50
$93.13

보충 표 2: 384웰 RGB 라이트 가이드를 제작하는 데 필요한 구성 요소 목록입니다.

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Discussion

M.A.P.L.E.를 오픈 소스 플랫폼으로 출시함으로써 유틸리티를 제공하지만 최종 사용자의 진화하는 요구를 충족하도록 쉽게 확장할 수 있는 실험실 도구를 도입했습니다. Benchtop 마이크로 플레이트 샘플 준비는 다양한 실험실 환경에서 수행되는 일반적인 작업이며 M.A.P.L.E와 같은 기술로 이 작업을 분명히 향상시킬 수 있습니다.

M.A.P.L.E. 플랫폼은 향후 애플리케이션에 대한 적응성을 염두에 두고 특별히 설계되었습니다. 각 구성 요소(전자 조명 패널, 펌웨어, GUI, 인클로저)는 개별적으로 사용하기 위해 추출될 수 있으며, 더 큰 시스템 또는 이들의 중간 조합의 일부로 사용된다. 예를 들어, 3D 인쇄 프로젝트 인클로저는 단순히 벤치탑 파이펫팅의 인체 공학적 향상을 위해 조명 패널없이 사용할 수 있습니다. 조명 패널에는 +5V 제어 신호, +5V 소스 및 접지(GND)를 생성할 수 있는 모든 시스템에 부착할 수 있는 간단한 3선 인터페이스가 있습니다. 소프트웨어 UI의 동작 및 유용성은 파이썬 코드를 사용하여 수정할 수 있으며, 조명 패널 회로는 KiCad에서 수정할 수 있으며 패널을 제어하는 데 사용되는 마이크로 컨트롤러 펌웨어는 Arduino IDE에서 편집할 수 있습니다. 이러한 유연성을 통해 M.A.P.L.E. 플랫폼은 미래의 요구를 충족할 수 있습니다.

이전에 마이크로 플레이트3,4,5,6,7,M.A.P.L.E.를 조명하기 위해 개발 된 유사한 장치의 완전히 오픈 소스인 유일한 장치입니다. 이렇게 하면 최종 사용자가 특정 요구 사항을 충족하기 위해 기존 기능을 확장할 수 있는 유연성이 크게 향상됩니다. 이러한 확장된 기능은 추가 사용자 입력 제어 장치(풋 페달, 버튼 등) 또는 기타 메타데이터 디스플레이 장치의 형태를 취할 수 있다. 또한 장치의 오픈 소스 특성은 장치 생산, 개발 또는 지원을 위한 특정 공급업체에 의존하기 때문에 장치 노후화를 방지하는 데도 도움이 됩니다. 사용자는 M.A.P.L.E.를 컴팩트한 단일 마이크로플레이트 폼팩터 장치로 유지하거나 여러 마이크로플레이트를 동시에 비추도록 확장할 수 있으며, 이 두 응용 분야는 모두 이 원고에서 입증되었습니다. 마지막으로, M.A.P.L.E. 시스템을 조립하는 데 필요한 구성 요소는 이전에 사용 가능한 상용 솔루션보다 낮은 비용을 가지고 있습니다.

시스템의 잠재적인 제한은 어두운 색 화합물로 인한 조명 및 시각화 간섭을 포함합니다. 샘플 준비 기능은 현재 M.A.P.L.E.를 USB를 통해 컴퓨터에 연결해야 합니다. 또한 M.A.P.L.E. 빛에 민감한 화합물 전달을 사용하여 장기간 사용하기 전에 빛에 민감한 화합물 이나 시약을 활용하는 실험실 공정이 모든 실험실 상황에서 문제가되지만 M.A.P.L.E.는 파장을 선택할 수 있습니다. 적색광과 같이 덜 취약합니다. 또한 M.A.P.L.E.는 사용자가 마이크로 컨트롤러에 대한 펌웨어 업데이트를 통해 LED 색상과 강도를 조정하여 원하는 특정 조명을 제공할 수 있도록 합니다. 사용자가 화합물이 빛을 흡수하는 것으로 알려진 파장을 피할 수 있도록 LED의 스펙트럼 출력은 그림 15에 따라 제공되었습니다.

M.A.P.L.E.의 구성 요소는 광화학, 화합물 라이브러리의 상 분리 또는 다른 파장 LED(예: UV)로 변형된 대체 용도를 조사하기 위해 재사용되어 다른 응용 분야에 대한 기능을 확장할 수도 있습니다. 마찬가지로, 색도 분석 또는 흡광도 분광법은 그림 15와 카메라 또는 스마트폰 앱에 표시된 대로 M.A.P.L.E.의 선택 방출을 통해 RGB 출력 값을 캡처하여 저렴하게 수행할 수 있습니다. 결론적으로, M.A.P.L.E.는 샘플 마이크로 플레이트 준비를 지원하기 위해 즉시 사용하도록 설계되었지만 오픈 소스 플랫폼으로 다른 많은 응용 분야에서 사용하도록 조정할 수 있습니다.

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Disclosures

저자는 M.A.P.L.E. 장치의 건설에 제안 된 제조 된 구성 요소와 금전적 이익이나 이해 상충이 없습니다. 제공되는 소스는 사용자의 편의를 위해 엄격하게 제공되며 대체 소스의 호환되는 구성 요소는 필요에 따라 사용할 수 있습니다.

Acknowledgments

저자는 리나 델루카, 파카르 싱헤라, 한나 윌리엄스, 린 덩, 오시나치 Nwosu및 사라 바흐트만이 M.A.P.L.E. 플랫폼 을 테스트하는 데 도움을 주었습니다.

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

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References

  1. Baillargeon, P., et al. Design of Microplate-Compatible Illumination Panels for a Semiautomated Benchtop Pipetting System. SLAS TECHNOLOGY: Translating Life Sciences Innovation. , (2019).
  2. Baillargeon, P., et al. The Scripps Molecular Screening Center and Translational Research Institute. SLAS DISCOVERY: Advancing Life Sciences R&D. 24 (3), 386-397 (2019).
  3. BioSistemika. Pipetting Aid PlatR. , Available from: https://biosistemika.com/products/pipetting-platr/ (2019).
  4. Gilson Trackman Pipetting Tracker. Daigger Scientific. , Available from: https://www.daigger.com/gilson-trackma-pipetting-tracker-i-gsnf70301 (2019).
  5. TRACKMAN Connected US. Gilson. , Available from: https://www.gilson.com/default/systemm-trackman-connected-us.html (2019).
  6. LI-2100LightOne™ Pro. Embi Tec. , Available from: http://embitec.com/li2100-lightone-pro-384-and-96-well.html (2019).
  7. 96 well plate pipette light guide. qit vision. , Available from: https://www.qitvision.com/projects/#Plate (2019).
  8. Microplate Assistive Pipetting Light Emitter GitHub repository. , Available from: https://github.com/pierrebaillargeon/Microplate-Assistive-Pipetting-Light-Emitter (2019).
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  10. Hawker, C. D., Schlank, M. R. Development of Standards for Laboratory Automation. Clinical Chemistry. 46, 746-750 (2000).
  11. General Laboratory Techniques. An Introduction to the Micropipettor. JoVE Science Education Database. , JoVE. Cambridge, MA. (2019).
  12. General Laboratory Techniques. Introduction to the Spectrophotometer. JoVE Science Education Database. , JoVE. Cambridge, MA. (2019).
  13. General Laboratory Techniques. Introduction to the Microplate Reader. JoVE Science Education Database. , JoVE. Cambridge, MA. (2019).

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생명 공학 문제 152 마이크로 플레이트 조명 오픈 소스 화합물 관리 액체 처리 파이펫팅 높은 처리량 스크리닝 분석 개발 마이크로 플레이트 리더 잘 추적
오픈 소스 마이크로플레이트 호환 조명 패널용 애플리케이션
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Baillargeon, P., Spicer, T. P.,More

Baillargeon, P., Spicer, T. P., Scampavia, L. Applications for Open Source Microplate-Compatible Illumination Panels. J. Vis. Exp. (152), e60088, doi:10.3791/60088 (2019).

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