Thu nhỏ quy mô phép thử nhờ xử lý siêu âm thông lượng cao

Thu nhỏ quy mô phép thử là một xu hướng chủ đạo trong nghiên cứu khoa học sự sống hiện đại. Khi các phòng thí nghiệm tìm cách xử lý số lượng mẫu lớn hơn đồng thời giảm lượng thuốc thử tiêu thụ và chi phí thực nghiệm, thể tích phản ứng nhỏ hơn và quy trình sử dụng đĩa vi giếng đang ngày càng thay thế các phép thử truyền thống sử dụng ống nghiệm. Sự chuyển dịch sang thu nhỏ quy mô phép thử này cho phép các nhà nghiên cứu đẩy nhanh quá trình phát triển phép thử, rút ngắn chu kỳ thực nghiệm và tạo ra các bộ dữ liệu vững chắc hơn nhờ mật độ mẫu cao hơn.

Những thách thức trong việc thu nhỏ quy mô phép thử

Các phép thử được thu nhỏ quy mô cũng đặt ra những thách thức kỹ thuật. Làm việc với thể tích mẫu nhỏ trong các đĩa vi giếng mật độ cao đòi hỏi quá trình chuẩn bị mẫu có tính nhất quán cao trên tất cả các giếng. Sự biến động về điều kiện xử lý có thể nhanh chóng dẫn đến kết quả không nhất quán, đặc biệt trong các quy trình liên quan đến phá vỡ tế bào, tách chiết axit nucleic, phân lập protein hoặc phân tán hạt nano. Vì vậy, việc bảo đảm xử lý đồng đều tất cả các mẫu trở nên thiết yếu để duy trì độ tin cậy của dữ liệu và khả năng tái lập thực nghiệm.

Vượt qua những thách thức trong việc thu nhỏ quy mô phép thử với UIP400MTP

Thiết bị siêu âm đĩa vi giếng UIP400MTP giải quyết những thách thức này bằng cách cho phép xử lý siêu âm thông lượng cao trực tiếp trong các đĩa đa giếng tiêu chuẩn. Thay vì xử lý từng mẫu riêng lẻ, hệ thống truyền năng lượng siêu âm đồng thời trên toàn bộ đĩa vi giếng. Phương pháp này bảo đảm điều kiện xử lý siêu âm đồng đều cho mọi giếng, đồng thời tăng đáng kể tốc độ xử lý. Nhờ đó, các nhà nghiên cứu có thể tích hợp liền mạch việc chuẩn bị mẫu bằng siêu âm vào các quy trình thông lượng cao hiện đại.
Xử lý siêu âm từ lâu đã là một kỹ thuật được kiểm chứng trong các phòng thí nghiệm khoa học sự sống. Siêu âm phá vỡ màng tế bào, phân mảnh DNA, tách chiết các phân tử sinh học nội bào và phân tán các hạt một cách hiệu quả. Tuy nhiên, các phương pháp xử lý siêu âm thông thường thường đòi hỏi hệ thống sử dụng đầu dò hoặc xử lý từng ống riêng lẻ, điều này có thể hạn chế thông lượng khi làm việc với số lượng mẫu lớn. Ngược lại, UIP400MTP cho phép các phòng thí nghiệm xử lý toàn bộ đĩa vi giếng cùng một lúc, loại bỏ nhu cầu thao tác lặp đi lặp lại với từng mẫu riêng lẻ và cho phép xây dựng các quy trình thực sự có khả năng mở rộng quy mô.

Ưu điểm của thiết bị siêu âm đĩa vi giếng UIP400MTP

Một ưu điểm cốt lõi của UIP400MTP là khả năng phân bố năng lượng siêu âm đồng đều trên tất cả các giếng của đĩa vi giếng. Điều kiện xử lý siêu âm nhất quán là yếu tố thiết yếu để duy trì khả năng tái lập trong các phép thử thông lượng cao, đặc biệt khi so sánh hàng trăm mẫu trong cùng một thí nghiệm. Bằng cách xử lý đồng thời tất cả các giếng với các thông số giống hệt nhau, UIP400MTP bảo đảm rằng mỗi mẫu đều trải qua cùng điều kiện xử lý.

Khả năng này hỗ trợ nhiều ứng dụng khoa học sự sống dựa trên quá trình xử lý siêu âm có kiểm soát. Các nhà nghiên cứu sử dụng xử lý siêu âm thông lượng cao cho các công việc như:

• ly giải tế bào và hòa tan tế bào để phân tích phân tử
• tách chiết DNA và RNA từ các mẫu sinh học
• phân mảnh DNA cho các quy trình nghiên cứu hệ gen
• tách chiết protein cho các nghiên cứu hệ protein và hóa sinh
• chuẩn bị thư viện giải trình tự thế hệ mới (NGS)
• phân tán hạt nano trong nghiên cứu công nghệ sinh học nano
• tách tế bào hoặc màng sinh học khỏi bề mặt

Do quá trình xử lý siêu âm được áp dụng đồng đều trên toàn bộ đĩa, sự biến thiên trong thực nghiệm được giảm thiểu và các quy trình phân tích tiếp theo có độ tin cậy cao hơn.

Một khía cạnh quan trọng khác của việc thu nhỏ quy mô phép thử là sự gia tăng ứng dụng tự động hóa phòng thí nghiệm và các trạm làm việc robot. Các hệ thống xử lý chất lỏng tự động và nền tảng robot tích hợp cho phép các phòng thí nghiệm xử lý số lượng mẫu lớn với mức can thiệp thủ công tối thiểu. Để hỗ trợ những môi trường này, thiết bị phòng thí nghiệm phải được thiết kế để tích hợp liền mạch vào các hệ thống tự động.

Tích hợp vào các trạm làm việc tự động trong phòng thí nghiệm

UIP400MTP được thiết kế có tính đến yêu cầu này. Thiết kế kết cấu gọn gàng, diện tích chiếm chỗ nhỏ và vỏ thiết bị có độ bền rất cao cho phép dễ dàng tích hợp thiết bị vào các trạm làm việc tự động trong phòng thí nghiệm. Hệ thống có thể được tích hợp vào các quy trình sử dụng rô-bốt cùng với thiết bị xử lý chất lỏng tự động, máy đọc đĩa vi giếng và các thiết bị phân tích khác có năng suất xử lý mẫu cao. Khả năng tương thích này khiến thiết bị đặc biệt phù hợp với các phòng thí nghiệm thực hiện phép thử tế bào tự động, quy trình nghiên cứu hệ gen hoặc thí nghiệm sàng lọc, trong đó khả năng tái lập và mở rộng quy mô đóng vai trò then chốt. Đọc thêm về việc tích hợp UIP400MTP vào các hệ thống xử lý chất lỏng tự động!
 

Khả năng tương thích với phần mềm phòng thí nghiệm

Ngoài khả năng tích hợp cơ học, UIP400MTP còn hỗ trợ kết nối số để điều khiển tự động và trao đổi dữ liệu. Môi trường phòng thí nghiệm hiện đại ngày càng phụ thuộc vào các thiết bị nối mạng có thể được điều khiển, giám sát từ xa và tích hợp vào hệ thống thông tin phòng thí nghiệm. Vì vậy, máy siêu âm đĩa vi giếng cung cấp một số giao diện mở có tài liệu hướng dẫn đầy đủ, giúp giao tiếp thuận tiện với các nền tảng tự động hóa và phần mềm điều khiển.

Các tính năng giao tiếp và tích hợp chính bao gồm:

• điều khiển từ xa qua các giao thức giao tiếp dựa trên XML và JSON
• khả năng tương thích với ModBUS cho các hệ thống tự động hóa công nghiệp và phòng thí nghiệm
• hỗ trợ SYSLOG để ghi nhật ký sự kiện và giám sát hệ thống

Các giao diện theo tiêu chuẩn mở này cho phép các phòng thí nghiệm tích hợp UIP400MTP vào những quy trình tự động phức tạp và cơ sở hạ tầng phòng thí nghiệm số. Nhờ đó, các nhà nghiên cứu có thể triển khai các quy trình hoàn toàn tự động, trong đó việc xử lý siêu âm đĩa vi giếng trở thành một bước tích hợp trong chuỗi quy trình thí nghiệm lớn hơn.

Khoa học sự sống và nghiên cứu tiên tiến với máy siêu âm dùng cho phép thử

Khi nghiên cứu khoa học sự sống tiếp tục hướng đến năng suất xử lý mẫu cao hơn, thể tích phản ứng nhỏ hơn và các quy trình tự động, những công nghệ hỗ trợ thu nhỏ quy mô phép thử ngày càng trở nên quan trọng. Việc chuẩn bị mẫu đáng tin cậy vẫn là yếu tố then chốt để bảo đảm thành công của thí nghiệm, đặc biệt khi hàng trăm hoặc hàng nghìn mẫu phải được xử lý trong các điều kiện giống hệt nhau.
Bằng cách cho phép xử lý siêu âm với năng suất xử lý mẫu cao và phân bố năng lượng đồng đều trên toàn bộ đĩa vi giếng, UIP400MTP cung cấp cho các nhà nghiên cứu một công cụ mạnh mẽ để chuẩn bị mẫu với khả năng mở rộng quy mô và tái lập. Thiết kế sẵn sàng cho tự động hóa, khả năng kết nối số và khả năng tương thích với các đĩa vi giếng tiêu chuẩn khiến thiết bị trở thành giải pháp lý tưởng cho những phòng thí nghiệm muốn tinh giản quá trình phát triển phép thử mà vẫn duy trì tính nghiêm ngặt khoa học.
Bằng cách này, máy siêu âm đĩa vi giếng UIP400MTP giúp đơn giản hóa một trong những thách thức trọng tâm của các quy trình phòng thí nghiệm hiện đại: đạt được việc chuẩn bị mẫu nhất quán, chất lượng cao trong môi trường thí nghiệm ngày càng được thu nhỏ quy mô và tự động hóa.

Tài liệu / Tài liệu tham khảo

• 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.