Määritysten miniatyrisointi suuren näytemäärän ultraäänikäsittelyn avulla

Määritysten miniatyrisointi on keskeinen suuntaus nykyaikaisessa biotieteellisessä tutkimuksessa. Laboratoriot pyrkivät käsittelemään suurempia näytemääriä ja samalla vähentämään reagenssien kulutusta ja kokeiden kustannuksia, joten pienemmät reaktiotilavuudet ja mikrolevyihin perustuvat työnkulut korvaavat yhä useammin perinteisiä koeputkissa tehtäviä määrityksiä. Tämä siirtyminen määritysten miniatyrisointiin antaa tutkijoille mahdollisuuden nopeuttaa määritysten kehittämistä, lyhentää kokeellisia työjaksoja ja tuottaa luotettavampia aineistoja suuremman näytetiheyden avulla.

Määritysten miniatyrisoinnin haasteet

Miniatyrisoidut määritykset tuovat mukanaan myös teknisiä haasteita. Pienten näytetilavuuksien käsittely suuren kuoppatiheyden mikrolevyillä edellyttää erittäin yhdenmukaista näytteiden valmistelua kaikissa kuopissa. Käsittelyolosuhteiden vaihtelu voi nopeasti johtaa epäjohdonmukaisiin tuloksiin, etenkin työnkuluissa, joihin sisältyy solujen hajotusta, nukleiinihappojen uuttoa, proteiinien eristämistä tai nanohiukkasten dispergointia. Kaikkien näytteiden yhdenmukaisen käsittelyn varmistaminen on siksi ratkaisevan tärkeää tietojen luotettavuuden ja kokeiden toistettavuuden ylläpitämiseksi.

Ratkaise määritysten miniatyrisoinnin haasteet ultraäänilaitteella UIP400MTP

Mikrolevyjen ultraäänilaite UIP400MTP vastaa näihin haasteisiin mahdollistamalla suurten näytemäärien ultraäänikäsittelyn suoraan vakiomallisilla monikuoppalevyillä. Näytteiden yksittäisen käsittelyn sijaan järjestelmä kohdistaa ultraäänienergiaa samanaikaisesti koko mikrolevyyn. Tämä lähestymistapa varmistaa yhdenmukaiset ultraäänikäsittelyolosuhteet jokaisessa kuopassa ja lisää samalla käsittelynopeutta huomattavasti. Näin tutkijat voivat liittää näytteiden ultraäänivalmistelun saumattomasti nykyaikaisiin suurten näytemäärien työnkulkuihin.
Ultraäänikäsittely on jo pitkään ollut toimivaksi osoitettu tekniikka biotieteellisissä laboratorioissa. Ultraääni hajottaa tehokkaasti solukalvoja, pilkkoo DNA:ta, uuttaa solunsisäisiä biomolekyylejä ja dispergoi hiukkasia. Perinteiset ultraäänikäsittelymenetelmät edellyttävät kuitenkin usein anturiin perustuvia järjestelmiä tai käsittelyä koeputki kerrallaan, mikä voi rajoittaa näytteiden käsittelykapasiteettia suuria näytemääriä käsiteltäessä. UIP400MTP puolestaan antaa laboratorioille mahdollisuuden käsitellä kokonaisia mikrolevyjä kerralla, poistaa tarpeen toistuvalle yksittäisten näytteiden käsittelylle ja mahdollistaa aidosti skaalautuvat työnkulut.

Mikrolevyjen ultraäänilaitteen UIP400MTP edut

UIP400MTP-laitteen keskeinen etu on sen kyky jakaa ultraäänienergia tasaisesti mikrolevyn kaikkiin kuoppiin. Yhdenmukaiset ultraäänikäsittelyolosuhteet ovat välttämättömiä toistettavuuden ylläpitämiseksi suurten näytemäärien määrityksissä, erityisesti silloin, kun samassa kokeessa verrataan satoja näytteitä. Käsittelemällä kaikkia kuoppia samanaikaisesti samoilla parametreilla UIP400MTP varmistaa, että jokaisen näytteen käsittelyolosuhteet ovat samat.

Tämä ominaisuus tukee monenlaisia biotieteellisiä sovelluksia, jotka perustuvat hallittuun ultraäänikäsittelyyn. Tutkijat käyttävät suurten näytemäärien ultraäänikäsittelyä esimerkiksi seuraaviin tehtäviin:

solujen lyysi ja solujen liuottaminen molekyylianalyysiä varten
DNA:n ja RNA:n uutto biologisista näytteistä
DNA:n fragmentointi genomiikan työnkulkuja varten
proteiinien uutto proteomiikkaa ja biokemiallisia tutkimuksia varten
uuden sukupolven sekvensoinnin (NGS) kirjastojen valmistelu
nanohiukkasten dispergointi nanobioteknologisessa tutkimuksessa
solujen tai biofilmien irrottaminen pinnoilta

Koska ultraäänikäsittely kohdistetaan tasaisesti koko levyyn, kokeellinen vaihtelu minimoituu ja myöhemmät analyyttiset työnkulut hyötyvät paremmasta luotettavuudesta.

Toinen tärkeä määritysten miniatyrisointiin liittyvä näkökohta on laboratorioautomaation ja robottityöasemien käytön lisääntyminen. Automaattiset nesteenkäsittelyjärjestelmät ja integroidut robottialustat antavat laboratorioille mahdollisuuden käsitellä suuria näytemääriä mahdollisimman vähäisellä manuaalisella työllä. Näiden ympäristöjen tukemiseksi laboratoriolaitteet on suunniteltava siten, että ne voidaan liittää saumattomasti automaattisiin järjestelmiin.

Hielscher UIP400MTP on erittäin monipuolinen ultraäänilaite monikuoppalevyille, PCR-levyille ja näyteputkille. Sen jatkuva ultraääniteho on 400 wattia, ja se on suunniteltu esimerkiksi solujen hajotukseen, emulgointiin, proteiinien uuttamiseen, DNA:n ja RNA:n fragmentointiin, agglomeraattien hajotukseen, FFPE-näytteiden uuttamiseen, solujen ja biofilmien irrottamiseen sekä emulgointiin. UIP400MTP ei ole ultraäänikylpy. Se on voimakkaaseen, kohdennettuun ultraäänikäsittelyyn tarkoitettu kuppimainen sonotrodi. Tämä tehokas, kosketukseton ultraäänilaite käsittelee vakiolevyn kaikki kuopat tasaisesti. Amplitudia, tehoa ja pulssitusta voidaan säätää tarkasti. Sisäänrakennettu ajastin ja lämpötila-anturi varmistavat yhdenmukaiset tulokset. UIP400MTP-levysonikaattori jäähdyttää näytteet vesihauteessa, johon on saatavana lisävarusteena ulkoinen jäähdytin.

Liittäminen automaattisiin laboratoriotyöasemiin

UIP400MTP on suunniteltu tämä vaatimus huomioon ottaen. Sen selkeä rakenne, pieni tilantarve ja erittäin kestävä laitekotelo mahdollistavat helpon liittämisen automaattisiin laboratoriotyöasemiin. Järjestelmä voidaan liittää robottityönkulkuihin yhdessä automaattisten nesteenkäsittelylaitteiden, mikrolevylukijoiden ja muiden suurille näytemäärille tarkoitettujen analyysilaitteiden kanssa. Tämän yhteensopivuuden ansiosta se sopii erityisen hyvin laboratorioihin, joissa tehdään automaattisia solumäärityksiä, genomiikan työnkulkuja tai seulontakokeita, joissa toistettavuus ja skaalautuvuus ovat ratkaisevan tärkeitä. Lue lisää UIP400MTP-laitteen liittämisestä automaattisiin nesteenkäsittelyjärjestelmiin!

Ultraäänilaite: keskeiset edut robottiautomaatiossa	Miksi tämä on tärkeää
Tuki vakiomallisille levyille	Toimii SBS-formaateilla, joita robotit jo käsittelevät.
Suuri näytteiden käsittelykapasiteetti	Rinnakkainen ultraäänikäsittely lyhentää työjaksojen kestoa.
Etäohjaus ja lokitietojen tallennus	Mahdollistaa valvomattoman käytön ja jäljitettävyyden.
Kosketukseton ultraäänikäsittely	Pienempi kontaminaatioriski ja parempi levyjen tiiviys.
Lämpötilan säätö	Säilyttää näytteiden eheyden automaattisissa ajoissa.
Skaalautuvuus eri kuoppaformaatteihin	Vastaa automaation kehittyviin näytteiden käsittelykapasiteetin tarpeisiin.

Yhteensopivuus laboratorio-ohjelmistojen kanssa

Mekaanisen liittämisen lisäksi UIP400MTP tukee digitaalisia yhteyksiä automaattista ohjausta ja tiedonvaihtoa varten. Nykyaikaisissa laboratorioympäristöissä tukeudutaan yhä enemmän verkkoon liitettyihin laitteisiin, joita voidaan ohjata ja valvoa etänä sekä liittää laboratorioiden tietojärjestelmiin. Mikrolevyjen ultraäänilaite tarjoaa siksi useita hyvin dokumentoituja avoimia rajapintoja, jotka helpottavat viestintää automaatioalustojen ja ohjausohjelmistojen kanssa.

Keskeisiä viestintä- ja integrointiominaisuuksia ovat:

etäohjaus XML- ja JSON-pohjaisten viestintäprotokollien kautta
ModBUS-yhteensopivuus teollisuuden ja laboratorioiden automaatiojärjestelmien kanssa
SYSLOG-tuki tapahtumien kirjaamiseen ja järjestelmän valvontaan

Nämä avoimiin standardeihin perustuvat rajapinnat antavat laboratorioille mahdollisuuden liittää UIP400MTP monimutkaisiin automaattisiin työnkulkuihin ja digitaalisiin laboratorioinfrastruktuureihin. Näin tutkijat voivat toteuttaa täysin automaattisia prosesseja, joissa mikrolevyjen ultraäänikäsittely on kiinteä osa laajempaa kokeellista työnkulkua.

Edistynyttä biotiedettä ja tutkimusta määritysten ultraäänilaitteella

Biotieteellisen tutkimuksen siirtyessä jatkuvasti kohti suurempaa näytteiden käsittelykapasiteettia, pienempiä reaktiotilavuuksia ja automaattisia työnkulkuja määritysten miniatyrisointia tukevien teknologioiden merkitys kasvaa. Luotettava näytteiden valmistelu on edelleen keskeinen tekijä kokeiden onnistumisen varmistamisessa, etenkin silloin, kun satoja tai tuhansia näytteitä on käsiteltävä samoissa olosuhteissa.
Mahdollistamalla suurten näytemäärien ultraäänikäsittelyn ja energian tasaisen jakautumisen koko mikrolevyille UIP400MTP tarjoaa tutkijoille tehokkaan työkalun skaalautuvaan ja toistettavaan näytteiden valmisteluun. Sen automaatioon soveltuva rakenne, digitaaliset yhteydet ja yhteensopivuus vakiomallisten mikrolevyjen kanssa tekevät siitä ihanteellisen ratkaisun laboratorioille, jotka pyrkivät sujuvoittamaan määritysten kehittämistä ja samalla säilyttämään tieteellisen tarkkuuden.
Näin mikrolevyjen ultraäänilaite UIP400MTP auttaa yksinkertaistamaan yhtä nykyaikaisten laboratoriotyönkulkujen keskeisistä haasteista: yhdenmukaisen, laadukkaan näytteiden valmistelun saavuttamista yhä pidemmälle miniatyrisoiduissa ja automatisoiduissa koeolosuhteissa.

Liittyvät aiheet

Kirjallisuus / Lähteet

FactSheet UIP400MTP Multi-well Plate Sonicator – Non-Contact Sonicator – Hielscher Ultrasonics
Lauren E. Cruchley-Fuge, Martin R. Jones, Ossama Edbali, Gavin R. Lloyd, Ralf J. M. Weber, Andrew D. Southam, Mark R. Viant (2024): Automated extraction of adherent cell lines from 24-well and 96-well plates for multi-omics analysis using the Hielscher UIP400MTP sonicator and Beckman Coulter i7 liquid handling workstation. Metabomeeting 2024, University of Liverpool, 26-28th November 2024.
De Oliveira A, Cataneli Pereira V, Pinheiro L, Moraes Riboli DF, Benini Martins K, Ribeiro de Souza da Cunha MDL (2016): Antimicrobial Resistance Profile of Planktonic and Biofilm Cells of Staphylococcus aureus and Coagulase-Negative Staphylococci. International Journal of Molecular Sciences 17(9):1423; 2016.
Martins KB, Ferreira AM, Pereira VC, Pinheiro L, Oliveira A, Cunha MLRS (2019): In vitro Effects of Antimicrobial Agents on Planktonic and Biofilm Forms of Staphylococcus saprophyticus Isolated From Patients With Urinary Tract Infections. Frontiers in Microbiology 2019.
Dreyer J., Ricci G., van den Berg J., Bhardwaj V., Funk J., Armstrong C., van Batenburg V., Sine C., VanInsberghe M.A., Marsman R., Mandemaker I.K., di Sanzo S., Costantini J., Manzo S.G., Biran A., Burny C., Völker-Albert M., Groth A., Spencer S.L., van Oudenaarden A., Mattiroli F. (2024): Acute multi-level response to defective de novo chromatin assembly in S-phase. Molecular Cell 2024.
Mochizuki, Chika; Taketomi, Yoshitaka; Irie, Atsushi; Kano, Kuniyuki; Nagasaki, Yuki; Miki, Yoshimi; Ono, Takashi; Nishito, Yasumasa; Nakajima, Takahiro; Tomabechi, Yuri; Hanada, Kazuharu; Shirouzu, Mikako; Watanabe, Takashi; Hata, Kousuke; Izumi, Yoshihiro; Bamba, Takeshi; Chun, Jerold; Kudo, Kai; Kotani, Ai; Murakami, Makoto (2024): Secreted phospholipase PLA2G12A-driven lysophospholipid signaling via lipolytic modification of extracellular vesicles facilitates pathogenic Th17 differentiation. BioRxiv 2024.
Cosenza-Contreras M, Seredynska A, Vogele D, Pinter N, Brombacher E, Cueto RF, Dinh TJ, Bernhard P, Rogg M, Liu J, Willems P, Stael S, Huesgen PF, Kuehn EW, Kreutz C, Schell C, Schilling O. (2024): TermineR: Extracting information on endogenous proteolytic processing from shotgun proteomics data. Proteomics. 2024.

Usein kysytyt kysymykset

Mikä on määritys?

Määritys on analyyttinen menettely, jolla havaitaan kvalitatiivisesti tai mitataan kvantitatiivisesti biologisen molekyylin, solupopulaation tai biokemiallisen prosessin esiintymistä, pitoisuutta, aktiivisuutta tai toiminnallista vaikutusta näytteessä. Määritykset ovat keskeisiä työkaluja biotieteissä, biokemiassa ja lääketutkimuksessa. Niiden avulla tutkijat voivat tutkia molekyylien vuorovaikutuksia, entsyymiaktiivisuutta, geenien ilmentymistä, solujen elinkelpoisuutta ja monia muita biologisia parametreja hallituissa koeolosuhteissa.

Mitkä ovat yleisimmät määritykset?

Biotieteellisen tutkimuksen yleisimpiin määrityksiin kuuluvat entsyymivälitteiset immunosorbenttimääritykset (ELISA) proteiinien tai vasta-aineiden havaitsemiseen, polymeraasiketjureaktio (PCR) ja kvantitatiiviset PCR-määritykset (qPCR) nukleiinihappojen havaitsemiseen ja määrän mittaamiseen, solujen elinkelpoisuusmääritykset, kuten MTT- tai resatsuriinimääritykset, geenien säätelyn tutkimiseen käytettävät reportterigeenimääritykset sekä katalyyttisiä reaktioita mittaavat entsyymiaktiivisuusmääritykset. Lisäksi DNA:n/RNA:n uuttoon ja proteiinien määrän mittaamiseen tarkoitetut määritykset (esim. Bradford- tai BCA-määritykset) sekä suurten näytemäärien seulontamääritykset ovat laajasti käytössä bioteknologiassa ja lääkekehityksessä.

Mitkä ovat määritysten 4 tyyppiä?

Määritykset jaetaan usein neljään päätyyppiin käytetyn analyyttisen periaatteen perusteella.

Biokemialliset määritykset mittaavat biomolekyylien, kuten entsyymien, proteiinien tai metaboliittien, aktiivisuutta tai pitoisuutta hallitussa reaktioympäristössä.
Solupohjaiset määritykset arvioivat elävissä soluissa tapahtuvia biologisia prosesseja, kuten solujen lisääntymistä, sytotoksisuutta, signalointireittejä tai geenien ilmentymistä.
Immunomääritykset hyödyntävät antigeenin ja vasta-aineen välisiä vuorovaikutuksia tiettyjen proteiinien tai biomarkkereiden havaitsemiseen erittäin spesifisesti.
Sitoutumismääritykset analysoivat molekyylien välisiä vuorovaikutuksia, esimerkiksi ligandin sitoutumista reseptoriin tai proteiinien välisiä vuorovaikutuksia, mikä on erityisen tärkeää lääkeaineiden löytämisessä ja farmakologisissa tutkimuksissa.

Mitä eroa on määrityksellä ja testillä?

Määrityksen ja testin ero liittyy pääasiassa niiden tieteelliseen soveltamisalaan ja asiayhteyteen. Määritys on yleensä standardoitu analyyttinen menettely, joka on suunniteltu mittaamaan tiettyä biologista tai kemiallista parametria määritellyllä menetelmällä ja jota käytetään usein tutkimuksessa, lääkekehityksessä ja laadunvalvonnassa. Testi on laajempi käsite, joka viittaa mihin tahansa arviointiin tai tutkimukseen, jolla selvitetään jonkin asian esiintymistä, tilaa tai suorituskykyä. Tieteellisissä ja kliinisissä yhteyksissä monet diagnostiset testit perustuvat määrityksiin, mutta termi ”testi” voi viitata myös muihin kuin analyyttisiin arviointeihin tai yksinkertaistettuihin diagnostisiin menettelyihin.

Soveltuuko mikrolevyjen ultraäänilaite UIP400MTP suurten näytemäärien valmisteluun?

Kyllä, UIP400MTP on kohdennettua ultraäänikäsittelyä tuottava kosketukseton ultraäänilaite, joka sujuvoittaa mikrolevyjen työnkulkuja. UIP400MTP käsittelee kaikkia 6-, 12-, 24-, 48-, 96- ja 384-kuoppalevyjä ja helpottaa vaivattomasti keskisuurten ja suurten näytemäärien valmistelua.
Lue lisää keskisuurten ja suurten näytemäärien valmistelusta kohdennettua ultraäänikäsittelyä tuottavalla kosketuksettomalla ultraäänilaitteella!