Açık Kaynak Mikroplaka Uyumlu Aydınlatma Panelleri Uygulamaları

Summary

Microplate Assistive Pipetting Light Emitter (M.A.P.L.E.), mikroplakaların manuel hazırlanmasına rehberlik etmek için mikrotiter kuyuları sistematik olarak aydınlatan bilgisayar tahrikli bir cihazdır.  M.A.P.L.E. veri kayıt tutmayı otomatikleştirirken mikroplaka hazırlamanın doğruluğunu artırır.  Buna ek olarak, mikroplaka kalitesinin incelenmesine yardımcı olabilir veya hataların saptanmasında yardımcı olabilir.

Abstract

Mikroplakalar, hem küçük ölçekli laboratuvar tezgah lama operasyonlarında hem de büyük ölçekli yüksek iş letimattarama (HTS) kampanyalarında çok çeşitli görevler için modern laboratuvar ortamında yaygın olarak kullanılmaktadır. Laboratuvar otomasyonu mikroplakaların faydasını büyük ölçüde artırmış olsa da, otomasyon tabanlı enstrümantasyonun mümkün olmadığı, uygun maliyetli veya mikroplaka biçimlendirme ihtiyaçlarıyla uyumlu olmadığı durumlar devam etmektedir. Bu gibi durumlarda, mikroplakalar elle hazırlanmalıdır. Manuel mikroplaka manipülasyonları için sorunlu zorluklar örnek işlemleri, veri kayıt tutma ve kalite kontrol (QC) iyi eserler veya biçimlendirme hataları için denetim doğru izleme ile ilgili ortaya çıkabilir. Mikroplaka iyi yoğunlukları arttıkça (yani, 96-iyi, 384-iyi, 1536-iyi) hata lar ortaya çıkarma potansiyeli de önemli ölçüde artar.  Ayrıca, küçük tezgah üstü laboratuvar operasyonları için, numune işlemenin kolaylığını ve doğruluğunu uygun maliyetli bir şekilde iyileştirmeye ihtiyaç vardır. Burada, Mikroplate Yardımcı Pipetleme Işık Yayıcısı (M.A.P.L.E.) olarak adlandırılan yarı otomatik pipetleme kılavuzu olarak hareket eden bir sistemi tanımlıyoruz.  M.A.P.L.E.'nin, yüksek iş letme taraması veya laboratuvar tezgahüstü operasyonlarında test gelişimi için bileşik isabet toplama ve mikroplaka hazırlamanın yanı sıra mikroplakanın QC/kalite güvencesi (QA) tanısal değerlendirmesini desteklemek için birden fazla kullanımı vardır. kalite veya iyi biçimlendirme hataları görselleştirme.

Introduction

Son zamanlarda yayınlanan¹, Scripps Research² Kurşun Tanımlama laboratuvarı geliştirdi ve mikroplaka hazırlanması için bir açık kaynak aydınlatma paneli yayımladı Microplate Yardımcı Pipetting Light Emitter (M.A. P.L.E.). Mikroplakaların manuel olarak hazırlanması, ister bileşik yönetimi veya biyo-tsay ihtiyaçları için yapılmış olsun, mikroplakanın yoğunluğunu önemli ölçüde artıran insan hatalarına yatkın olabilir. Buna ek olarak, mikroplaka içeriğinin/biçiminin uygun kayıt tutma ve veri günlüğe kaydetme si manuel giriş hatalarına da açıktır. Yüksek iş hacmi tarama (HTS) otomasyon tesislerinde bu sorunlar, otomatik veritabanı kayıt tutma ile entegre bilgisayar odaklı robotik iş istasyonları kullanılarak azaltılır; manuel manipülasyonları en aza indirmek ve biçimlendirme ve veri kaydetme hatalarını azaltmak. Ancak, otomasyon tabanlı enstrümantasyonun mümkün olmadığı veya mikroplaka biçimlendirme ihtiyaçlarıile uyumlu olmadığı ve manuel müdahale gerektiren pek çok örnek vardır. Ayrıca, mikroplaka hazırlama veri kayıt işlemlerini geliştirmek için kompakt ve uygun maliyetli yarı otomatik cihazlar gerektiren küçük ölçekli laboratuvar işlemlerini desteklemek de gereklidir.

Diğer mikroplaka aydınlatma sistemleri mevcut olsa da, onlar özel ticari çözümler^3,4,5,6,7 seçmek mikroplaka biçimleri ve tescilli sınırlı kapalı kaynak yapısı, bu aygıtların özel işlemler için uyarlanmasını sağlayacak kullanıcı odaklı değişiklikleri önler.  M.A.P.L.E. ucuz bir açık kaynak cihaz olarak tasarlanmıştır, kaynak kodu ve ücretsiz online⁸için kullanılabilir tüm tasarım dosyaları ile . Yüzey eleme teknikleri bilgisine sahip kullanıcılar, github'da bulunan kod ve tasarım dosyalarıyla kendi M.A.P.L.E. cihazlarını bir araya getirebilir veya sağlanan basılı devre kartları (PCB) tasarımlarını, 3D baskı muhafazasını bilgisayar destekli olarak değiştirebilirler. tasarım (CAD) modelleri ve kod kendi özel ihtiyaçlarını karşılamak için. Işık kılavuzu PCB'lerini imal etmek için gereken parçaların tam listesi Ek Tablolar 1 ve 2'de bulunabilir ve ışık panellerinin tasarımı ve uygulanmasıyla ilgili daha fazla ayrıntı yakın zamanda yayınlanan dokümantasyon¹. Açık kaynak dosyaları kapalı dayalı önceden monte ışık kılavuzu PCBs satın almak isteyen kullanıcılar onları online⁹listelenen bulabilirsiniz .

M.A.P.L.E. mikroplaka tabanlı ayak izi ve LED-led aralığı Society for Biomolecular Screening (SBS) özellikleri ile^{mikroplakalar 10}eşleşen bir kolayca kontrol edilebilir aydınlatma paneli ile kullanıcı sağlar 10 . M.A.P.L.E. 96 ve 384 yoğunluklu mikroplakaları desteklemek ve kullanıcıların kuyuları istenilen konfigürasyon, renk ve yoğunlukta aydınlatmalarını sağlamak için geliştirilmiştir. Bu ışık panelleri borulama işlemleri için mikroplakaları aydınlatmak için kullanılabilir^11,laboratuvar biçimlendirme işlemleri veya mikroplaka okuyucu gibi aletleri simüle etmek için^12,13 eğitim ve gösteri için Amaçlı. Projenin açık kaynak yapısı, kullanıcıların istenen yeni işlevleri destekleyecek panelleri, firmware veya grafik kullanıcı arabirimi (GUI) yazılımını kolayca değiştirmelerine olanak tanır. Kılavuz ve veri kayıt tutma bilgisayar ayarıdır ve elektronik tablolarla tümleştirilebilir veya bir veritabanı sistemine taşınabilir. M.A.P.L.E. düz metin virgül lesınırlı dosyalarla çalışmak üzere tasarlandığından, CSV biçimlendirilmiş dosyaları içe aktarabilen veya dışa aktarabilen elektronik tablolar veya veritabanı yazılımları M.A.P.L.E. ile çalışmak üzere kolayca genişletilebilir. Ayrıca, bu sistem için tasarlanan proje muhafazası, boru lama işlemleri sırasında mikroplakayı kullanıcıya doğru yatırır ve laboratuvar tezgahında yken kullanıcıya daha doğal bir duruş sağlayarak ergonomiyi artırır. M.A.P.L.E. sistemine özgü operasyonel özellikler şunlardır: (i) Manuel pipetleme kılavuzu için tek bir kaynağı iyi aydınlatarak özelleştirilmiş plakaların hazırlanmasında bileşik yönetim çabalarını kolaylaştırmak ve varış noktasını mikroplakalar arasında iyi bir şekilde aydınlatmak; tamamlanması ndan sonra elektronik kayıt olarak kaydedilebilen bir bilgisayar komut dosyası aracılığıyla desteklenir. (ii) M.A.P.L.E. mikroplaka satırları veya sütunları arasında herhangi bir sayıda kuyu aydınlatabilir; hangi ideal hızlı seri seyreltme rehberlik veya seçilmiş çoğaltma kontrolleri yerleşimi için uygundur. (iii) M.A.P.L.E. laboratuvar eğitim gereksinimlerini kolaylaştırmak veya numune ve kontrol yerleşimleri veya özel kuyu kullanımı (örn. kenar etkisi bariyer boşluğu) ile ilgili biçimlendirme gereksinimlerini vurgulamak için bir gösteri modunda kullanılabilir. (iv) M.A.P.L.E. yağış/kristalizasyon, kabarcıklar, iyi heterojenlik, boş kuyular gibi eserlerin görselleştirilmesine olanak sağlamak için saydam/yarı saydam kuyuları arkadan aydınlatabilir; aynı zamanda son kullanıcının belge ihtiyaçları için plaka görüntülerini kolayca fotoğraflamasına olanak tanır

Protocol

1. Yarı otomatik "plakadan plakaya" numune transfer hazırlığı

1. Elektronik tablo düzenleme uygulamasını kullanarak kaynak ve hedef plakaları içeren Şekil 1'de gösterildiği gibi bir CSV dosyası oluşturun. Oluşturulan CSV dosyası, listelenen sırada aşağıdaki üstbilgi sütunlarına sahip olmalıdır: Source_barcode; Destination_barkod; Kaynak_iyi; Dest_well; Transfer_hacmi.
2. Üstbilgi sütunlarının altında, aşağıdaki bilgileri içeren her istenilen pipetleme işlemi (örn. örnek aktarımı) için CSV dosyasına bir satır eklenindiğinden emin olun:
   1. Source_barkod: Kaynak mikroplakanın alfanümerik barkodu, örneğin, S1007372; barkod yoksa boş bırakın.
   2. Destination_barcode: Hedef mikroplakanın alfanümerik barkodu, örneğin, D0573282; barkod yoksa boş bırakın.
   3. Source_well: Alfasayısal satır ve sütun tanımlayıcıiyi kaynak plakadan borulamak için, örneğin, H satırı için H10 (8^satır), sütun 10 (ANSI/SLAS standart iyi tanımlamalar, örneğin, A1, C10...).
   4. Dest_well: Alfasayısal satır ve sütun tanımlayıcısı için iyi hedef plaka, örneğin, A satırı (1^satır) için A3, sütun 3 (ANSI / SLAS standart iyi tanımlamalar, örneğin, A1, C10...) dışarı pipetli olması için.
   5. Transfer_hacmi: Source_barcode'da source_well'den destination_barcode'daki dest_well'e aktarılacak hacim (sayısal ve birimsiz: genellikle μL olarak).
3. Işık Kılavuzu programını (Maple-LightGuide.exe) açarak Şekil 2'degösterilen Microplate Yardımcı Pipetleme Işık Emitter Plakasını plaka GUI uygulamasına açın.
4. GUI'nin sol üst köşesindeki kiraz seç dosyasını seçin düğmesini tıklatın.
5. Yukarıdaki 1.1 ve 1.2 adımlarında oluşturulan CSV dosyasına gitmek için Şekil 3'tegösterilen dosya tarayıcıpenceresini kullanın ve Aç düğmesini tıklatın. Uygulama, CSV dosyasının ilk satırını ayrıştıracak ve kaynak ve hedef plakalarda ilgili kuyuları aydınlatacaktır.
6. Şekil 4'tegösterilen GUI'nin sağ üst köşesinde, CSV dosyasını istediğiniz gibi geçmek için Önceki kuyu ve Sonraki kuyu düğmelerini kullanın. GUI, daha önce aydınlatılmış olan satırları gri renkte vurgular ve şu anda etkin olan satırı kahverengi renkte vurgular.
7. Numuneleri kaynak plakanın kaynak kuyusu arasında hedef plakanın hedef kuyusuna aktarmak için gerektiğinde pipetleme işlemlerini gerçekleştirin. M.A.P.L.E. destekli el pipetleme işleminin bir örneği Şekil 5'te,Şekil 4 ve Şekil 6'dagörülen mevcut kullanıcı pipetleme görünümünün karşılaştırılmasıyla görülebilir. Kullanıcı GUI'ye ek olarak, plaka barkodları aydınlatma panellerine bağlı LCD ekranlar aracılığıyla doğrulanabilir.
8. Sonraki kuyu düğmesi ile CSV dosyasının sonuna ulaşılına kadar devam edin. Yeni bir CSV dosyasını yüklemek için, seç cherrypick dosyası istediğiniz zaman tıklanabilir. Programdan çıkmak için GUI'nin sağ üst köşesindeki kırmızı X'e tıklanabilir.

2. Paralel transferler ve seri seyreltmeler için çok kuyulu aydınlatmalar

1. Seri seyreltme programı (Maple-SerialDilution.exe) açarak Microplate Assistive Pipetting Light Emitter 'Seri seyreltme' uygulamasını açın.
2. İstenilen titrasyon modunu (sütun veya satır), plaka yoğunluğunu ve başlangıç satır(ları) veya sütun(lar) belirtmek için Şekil 7 ve Şekil 8'degösterilen GUI'yi kullanın. GUI ayrıca, kullanıcıların belirli bir satırveya sütundaki LED'lerin yanolduğunu denetlemek için bir sütun veya satır maskesi belirtmelerine de olanak tanır. Bu, tüm satırı veya sütunu aydınlatmak yerine bir satır veya sütundaki LED alt kümesinin aydınlatılmasına olanak tanır.
3. İlk başlangıç satırından veya sütundan plakadaki son satır veya sütuna sırayla satır veya sütunları geçmek için Sonraki ve Önceki düğmelerini kullanın. Sonraki veya Önceki düğmesine her tıklandığında, ışık paneli mikroplakanın ilgili LED'lerini aydınlatır.
4. Titrasyon dizisinin sonuna ulaşılına kadar devam edin. Programdan çıkmak için GUI'nin sağ üst köşesindeki kırmızı X'i tıklatın.

3. Laboratuvar eğitimi: test geliştirme ve tarama formatı teknikleri

1. Taşınabilir ışık kılavuzuna 96 veya 384 kuyulu bir mikro plaka yerleştirin. Taşınabilir ışık kılavuzu bir pil ve bir bilgisayardan bağımsız olarak kullanılmak üzere gerekli tüm elektronik içerir. Bu, taşınabilir ışık kılavuzunun gösteri modları arasında geçiş yapmak için yerleşik düğmelerle kontrol edilebilen el modunda kullanılmasını sağlar.
2. Sistemi açmak için taşınabilir ışık kılavuzu muhafazası üzerindeki güç geçiş düğmesini kullanın.
3. Taşınabilir ışık kılavuzunun içinde olması için modu belirleyin. Varsayılan olarak, taşınabilir ışık kılavuzu varsayılan HTS demo moduna yüklenir ve bu da kullanıcılara Şekil 9'dagörüldüğü gibi tipik bir test plakasının görsel bir temsilini sağlar. Bu modda, aşağıdaki örnek aydınlatma desenlerini değiştirmek için taşınabilir ışık kılavuzunun üst kısmındaki sağ düğme anahtarı nı kullanabilirsiniz.
   1. Bir tayın reaktif dağıtımını simüle etmek için kırmızı renkle aydınlatılan tüm kuyular,örn. (ortamdaki askıda hücreler).
   2. Boya reaktifi ekini simüle etmek için sarı bir renkle aydınlatılan tüm kuyular.
   3. Kuyuların ilk sütunu ve son sütunu yeşili aydınlatmış, kalan orta 'örnek alan' sütunları, plakanın mikroplaka okuyucuda okunduğunu belirtmek için mavi ışıklı. Örneklem alanındaki rastgele kuyular da isabetleri temsil edecek şekilde değişen yoğunlukta yeşil renge sahip olacaktır.
4. HTS demo modu ile Titration demo modu arasındaki ışık kılavuzunu değiştirmek için sol düğme düğmesine basın. Bunu yapmak, kullanıcıların bileşik plakalarda titrasyonların nasıl yapılabildiğini anlamaları için görsel bir rehber saÄ layan Titrasyon demo moduna taşınabilir ıŠık kılavuzunu taŠıyacaktır. Işık kılavuzu Titration demo moduna girdiğinde, aşağıdakiler oluşur.
   1. Sütun 3 ve 13'teki tüm kuyular sarı renkle aydınlatılır.
   2. En sağdaki düğme düğmesinin sonraki tuşları sütunları sırayla aydınlatır (örneğin, 4 ve 14, 5 ve 15, vb.).
   3. 12 ve 22 sütunlarına ulaşıldıktan sonra basma düğmesine basıldığında, 4-12 ve 13-22 sütunlarında bulunan kuyular titrasyonu temsil edecek şekilde sarının yoğunluğunu azaltarak aydınlatılır.
5. Işık kılavuzunun varsayılan davranışını değiştirmek için, taşınabilir ışık kılavuzunu usb kablosu üzerinden bilgisayara takın ve GitHub projesinde bulunan Arduino IDE sayfa⁸üzerinden varsayılan yazılımları güncellemek için ayrıntılı talimatları izleyin. Firmware'i güncelleyerek, bu modları diğer dizileri veya LED kümelerini görüntülemek için değiştirebilirsiniz.

4. Mikroplakalarda eserlerin aydınlatılmı

1. Taşınabilir ışık kılavuzuna 96 veya 384 kuyulu bir mikro plaka yerleştirin.
2. Işık kılavuzunu en sol daki buton düğmesine iki kez basarak Aydınlatma moduna geçin.
   NOT: Bu modun pratik kullanımına bir örnek Şekil 10 ve Şekil 11'degörülebilir , bileşikler çözeltiden dışarı çökelmiş ve mikroplakaların alt kısmında gözlemlenebilir. Arkadan aydınlatmalı aydınlatma olmadan, çökelti çoğu çıplak gözle görünmez, ancak M.A.P.L.E. arkadan aydınlatma kullanıcı denetimi ve fotoğrafik dokümantasyon için çökelti ortaya koymaktadır.
3. Uygulama için gerektiği gibi önceden tanımlanmış renk kümesi arasında geçiş yapmak için sağ düğmeyi kullanın. Kırmızı, mavi, yeşil, turuncu, beyaz, mor, sarı ve çivit: ışık paneli sağ düğmeye her basarak sırayla aşağıdaki renklere tüm LED'ler dönecektir.
4. İsteğe bağlı bir adım olarak, işi kaydetmek veya belgelemek için ışıklı plakayı fotoğraflamak için bir kamera veya akıllı telefon kullanın.

Results

M.A.P.L.E. platformu, 96 ve 384 kuyulu mikroplakaları çeşitli kullanıcı yapılandırılabilir yollarla aydınlatarak her kuyuda renk ve ışık yoğunluğunun basit ve bağımsız bir şekilde kontrol altına alınabilmesini sağlar. M.A.P.L.E. manuel pipetleme işlemlerinde hata fırsatlarını azaltmaya yardımcı olarak, kullanıcıların her kuyunun istenilen içeriği içerdiğine dair artan güvenle mikroplakahazırlamalarına yardımcı olur. Örneklerin plakalar arasında aktarılması ve Şekil 12 ve

Discussion

M.A.P.L.E.'yi açık kaynak platformu olarak piyasaya süreceyerek, yardımcı program sağlayan, ancak son kullanıcının gelişen ihtiyaçlarını karşılamak için kolayca genişletilebilen bir laboratuvar aracı sunduk. Benchtop mikroplaka numune hazırlama laboratuvar ortamları geniş bir yelpazede gerçekleştirilen ortak bir görevdir ve bu görev kanıtlanabilir M.A.P.L.E gibi bir teknoloji ile geliştirilebilir.

M.A.P.L.E. platformu özellikle gelecekteki uygulamalara uyum sağlanabilirliği ile geliştirilmişti...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
96 veya 384 kuyulu mikroplaka			https://en.wikipedia.org/wiki/Microplate
Mikroplaka Yardımcı Pipetleme Işık Yayıcı	Açık kaynak		https://github.com/pierrebaillargeon/Microplate-Assistive-Pipetting-Light-Emitter
Pipetatör			https://www.jove.com/science-education/5033/an-introduction-to-the-micropipettor
Spektrometre	Okyanus Optiği	USB-650 Kırmızı Gelgit