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 patentadas3,4,5,6,7 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 línea8. 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 pipeteo11,para simular operaciones de formato de laboratorio o instrumentos como un lector de microplacas12,13 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
Representative Results
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 …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores quieren reconocer a Lina DeLuca, Fakhar Singhera, Hannah Williams, Lynn Deng, Osinachi Nwosu y Sarah Wachtman por su ayuda en la prueba de la plataforma M.A.P.L.E.
Materials
| 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 |
References
- Baillargeon, P., et al. Design of Microplate-Compatible Illumination Panels for a Semiautomated Benchtop Pipetting System. SLAS TECHNOLOGY: Translating Life Sciences Innovation. , (2019).
- 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).
- . Pipetting Aid PlatR Available from: https://biosistemika.com/products/pipetting-platr/ (2019)
- Gilson Trackman Pipetting Tracker. Daigger Scientific Available from: https://www.daigger.com/gilson-trackma-pipetting-tracker-i-gsnf70301 (2019)
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- 96 well plate pipette light guide. qit vision Available from: https://www.qitvision.com/projects/#Plate (2019)
- . Microplate Assistive Pipetting Light Emitter GitHub repository Available from: https://github.com/pierrebaillargeon/Microplate-Assistive-Pipetting-Light-Emitter (2019)
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- . General Laboratory Techniques. Introduction to the Spectrophotometer. JoVE Science Education Database. , (2019).
- . General Laboratory Techniques. Introduction to the Microplate Reader. JoVE Science Education Database. , (2019).
