合成生物学 ›› 2023, Vol. 4 ›› Issue (5): 1036-1049.DOI: 10.12211/2096-8280.2023-023
• 研究论文 • 上一篇
马翠1,2, 杨凡1,2, 张君泰1,2, 何凯1,2
收稿日期:
2023-03-16
修回日期:
2023-07-11
出版日期:
2023-10-31
发布日期:
2023-11-15
通讯作者:
何凯
作者简介:
基金资助:
Cui MA1,2, Fan YANG1,2, Juntai ZHANG1,2, Kai HE1,2
Received:
2023-03-16
Revised:
2023-07-11
Online:
2023-10-31
Published:
2023-11-15
Contact:
Kai HE
摘要:
生物分析技术正向高通量、高灵敏度、多功能方向发展,微孔板检测仪作为高通量分析的基础仪器,需要满足微量化、自动化、集成化的要求。目前国内单一功能的微孔板检测仪器技术成熟,检测精度已与国际水平相当,但多功能的微孔板检测仪还较少,大多使用进口仪器。进口产品价格昂贵,有些操作指令不公开,不易集成到自主研发的合成生物自动化铸造平台项目。本研究将对高精度吸光度检测和高灵敏度荧光检测等关键技术进行研究,开发具有吸光检测和荧光检测功能的微孔板检测仪,并自主开发控制系统及数据采集分析软件,使其易于接入自动化铸造平台。该微孔板检测仪结构紧凑,吸光检测和荧光检测模块独立,波段可扩展。通过实验测试,所研发的微孔板检测仪的吸光度检测重复性为0.3%,10 s内可完成96孔的吸光检测;荧光检测数据在皮摩尔浓度范围内线性度较好,对荧光素钠溶液的检测灵敏度大约3.9 pmol/L。此外,该系统可通过串口直接连接自动化平台集成控制系统,也可通过TCP方式进行远程通信控制。
中图分类号:
马翠, 杨凡, 张君泰, 何凯. 面向自动化铸造平台的多功能微孔板检测系统[J]. 合成生物学, 2023, 4(5): 1036-1049.
Cui MA, Fan YANG, Juntai ZHANG, Kai HE. Multifunction microplate reader for automated foundry platform[J]. Synthetic Biology Journal, 2023, 4(5): 1036-1049.
送板位置指令 | 回零位 |
---|---|
吸光检测孔位 | |
荧光检测孔位 | |
吸光度检测指令 | 光源(打开、关闭) |
波长选择 | |
振板(速度、时间) | |
单行检测 | |
整板检测 | |
荧光检测指令 | 光源强度设置 |
光源调试 | |
单点检测 | |
整板检测 |
表1 串口指令功能表
Table 1 Serial port instructions
送板位置指令 | 回零位 |
---|---|
吸光检测孔位 | |
荧光检测孔位 | |
吸光度检测指令 | 光源(打开、关闭) |
波长选择 | |
振板(速度、时间) | |
单行检测 | |
整板检测 | |
荧光检测指令 | 光源强度设置 |
光源调试 | |
单点检测 | |
整板检测 |
客户端指令 | 功能介绍 |
---|---|
#Initial# | 初始化回原点 |
#Abs001# | 吸光度检测 |
#Flu001# | 荧光检测 |
#Open01# | 打开盖子 |
#Close01# | 关闭盖子 |
#Ask001# | 查询状态:工作中/结束 |
表2 TCP通信指令
Table 2 Instructions of TCP communication
客户端指令 | 功能介绍 |
---|---|
#Initial# | 初始化回原点 |
#Abs001# | 吸光度检测 |
#Flu001# | 荧光检测 |
#Open01# | 打开盖子 |
#Close01# | 关闭盖子 |
#Ask001# | 查询状态:工作中/结束 |
波长 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | AVE | RSD |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
405 nm | 0.960 | 0.964 | 0.964 | 0.966 | 0.968 | 0.965 | 0.965 | 0.965 | 0.967 | 0.963 | 0.965 | 0.0022 |
450 nm | 0.993 | 0.993 | 0.993 | 0.993 | 0.993 | 0.993 | 0.993 | 0.993 | 0.987 | 0.986 | 0.992 | 0.0027 |
492 nm | 0.997 | 0.999 | 0.997 | 0.995 | 0.997 | 0.995 | 0.997 | 0.995 | 0.994 | 0.994 | 0.994 | 0.0016 |
630 nm | 1.004 | 1.005 | 1.006 | 1.004 | 1.004 | 1.004 | 1.004 | 1.002 | 1.002 | 1.001 | 1.004 | 0.0015 |
表3 不同波长吸光度测量值
Table 3 OD values at different wavelength
波长 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | AVE | RSD |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
405 nm | 0.960 | 0.964 | 0.964 | 0.966 | 0.968 | 0.965 | 0.965 | 0.965 | 0.967 | 0.963 | 0.965 | 0.0022 |
450 nm | 0.993 | 0.993 | 0.993 | 0.993 | 0.993 | 0.993 | 0.993 | 0.993 | 0.987 | 0.986 | 0.992 | 0.0027 |
492 nm | 0.997 | 0.999 | 0.997 | 0.995 | 0.997 | 0.995 | 0.997 | 0.995 | 0.994 | 0.994 | 0.994 | 0.0016 |
630 nm | 1.004 | 1.005 | 1.006 | 1.004 | 1.004 | 1.004 | 1.004 | 1.002 | 1.002 | 1.001 | 1.004 | 0.0015 |
波长 | G2 | G4 | G6 | G8 | E2 | E4 | B2 | B4 | AVE | RSD |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
450 nm | 1.002 | 1.001 | 0.998 | 0.995 | 1.001 | 0.998 | 1.004 | 1.000 | 0.999 | 0.0026 |
表4 不同孔位吸光度测量值
Table 4 OD values at different position
波长 | G2 | G4 | G6 | G8 | E2 | E4 | B2 | B4 | AVE | RSD |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
450 nm | 1.002 | 1.001 | 0.998 | 0.995 | 1.001 | 0.998 | 1.004 | 1.000 | 0.999 | 0.0026 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
标准值 | 0.333 | 0.665 | 0.997 | 1.330 | 1.663 | 1.996 | 2.332 | 2.663 |
测量值AVE | 0.1062 | 0.2330 | 0.3332 | 0.4234 | 0.5164 | 0.5821 | 0.6543 | 0.7801 |
测量值RSD | 0.00017 | 0.00022 | 0.00030 | 0.00029 | 0.00036 | 0.00037 | 0.00072 | 0.00174 |
表5 不同标准溶液的吸光度测量值
Table 5 OD values for different standard solutions
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
标准值 | 0.333 | 0.665 | 0.997 | 1.330 | 1.663 | 1.996 | 2.332 | 2.663 |
测量值AVE | 0.1062 | 0.2330 | 0.3332 | 0.4234 | 0.5164 | 0.5821 | 0.6543 | 0.7801 |
测量值RSD | 0.00017 | 0.00022 | 0.00030 | 0.00029 | 0.00036 | 0.00037 | 0.00072 | 0.00174 |
荧光素钠溶液 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | AVE | RSD |
---|---|---|---|---|---|---|---|
500 pmol/L | 3.4706 | 3.4674 | 3.4709 | 3.4659 | 3.4647 | 3.4679 | 0.0028 |
250 pmol/L | 3.3776 | 3.3729 | 3.3655 | 3.3739 | 3.3666 | 3.3713 | 0.0051 |
125 pmol/L | 3.3187 | 3.3176 | 3.3108 | 3.3154 | 3.3125 | 3.3150 | 0.0033 |
62.5 pmol/L | 3.2931 | 3.2819 | 3.2828 | 3.2847 | 3.2893 | 3.2864 | 0.0047 |
31.25 pmol/L | 3.2767 | 3.2738 | 3.2782 | 3.2736 | 3.2775 | 3.2760 | 0.0021 |
15.625 pmol/L | 3.2618 | 3.2625 | 3.2688 | 3.2611 | 3.2659 | 3.2640 | 0.0032 |
7.8125 pmol/L | 3.2526 | 3.2538 | 3.2550 | 3.2544 | 3.2561 | 3.2544 | 0.0013 |
3.9063 pmol/L | 3.2516 | 3.2418 | 3.2449 | 3.2504 | 3.2522 | 3.2482 | 0.0046 |
NaOH溶液 | 3.2351 | 3.2402 | 3.2443 | 3.245 | 3.2455 | 3.2420 | 0.0044 |
表6 荧光素钠溶液检测值
Table 6 Detected values of fluorescein sodium
荧光素钠溶液 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | AVE | RSD |
---|---|---|---|---|---|---|---|
500 pmol/L | 3.4706 | 3.4674 | 3.4709 | 3.4659 | 3.4647 | 3.4679 | 0.0028 |
250 pmol/L | 3.3776 | 3.3729 | 3.3655 | 3.3739 | 3.3666 | 3.3713 | 0.0051 |
125 pmol/L | 3.3187 | 3.3176 | 3.3108 | 3.3154 | 3.3125 | 3.3150 | 0.0033 |
62.5 pmol/L | 3.2931 | 3.2819 | 3.2828 | 3.2847 | 3.2893 | 3.2864 | 0.0047 |
31.25 pmol/L | 3.2767 | 3.2738 | 3.2782 | 3.2736 | 3.2775 | 3.2760 | 0.0021 |
15.625 pmol/L | 3.2618 | 3.2625 | 3.2688 | 3.2611 | 3.2659 | 3.2640 | 0.0032 |
7.8125 pmol/L | 3.2526 | 3.2538 | 3.2550 | 3.2544 | 3.2561 | 3.2544 | 0.0013 |
3.9063 pmol/L | 3.2516 | 3.2418 | 3.2449 | 3.2504 | 3.2522 | 3.2482 | 0.0046 |
NaOH溶液 | 3.2351 | 3.2402 | 3.2443 | 3.245 | 3.2455 | 3.2420 | 0.0044 |
溶液 | C11 | B19 | A9 | A1 | C3 | E5 | F6 | AVE | RSD |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
荧光素钠 | 6.5372 | 6.4458 | 6.4097 | 6.4591 | 6.5018 | 6.5274 | 6.5518 | 6.4904 | 0.0531 |
表7 不同孔位的荧光检测值
Table 7 Fluorescence values at different position
溶液 | C11 | B19 | A9 | A1 | C3 | E5 | F6 | AVE | RSD |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
荧光素钠 | 6.5372 | 6.4458 | 6.4097 | 6.4591 | 6.5018 | 6.5274 | 6.5518 | 6.4904 | 0.0531 |
检测仪 | 光吸收参数 | 荧光强度 | 自动化兼容 |
---|---|---|---|
SpectraMax Mini 多功能酶标仪[ | 检测范围(OD):0~4.0 误差<1%, OD 0~3.0 | 灵敏度: 1 pmol/L | 无相关介绍 |
BioTek Synergy H1 多功能微孔板检测仪[ | 动态范围(OD):0~4.0 误差<1%, OD 3.0 | 灵敏度:0.25 pmol/L(滤光片); 2.5 pmol/L、4 pmol/L(光栅型) | 第三方 |
山东博科公司的 BK-EL10D酶标仪[ | 读数范围:0~4.5 线性范围(OD):0~3.5 重复性:<0.2% 误差≤±0.01, OD 0.0~1.0 误差≤±0.03, OD 1.0~2.0 | 无 | 无相关介绍 |
本系统检测仪 | 检测范围(OD):0~3.0 重复性:<0.3% 误差<±0.01, OD 0~2.0 | 灵敏度:3.9 pmol/L(荧光素钠) | 接口开放,串口或 TCP实现第三方控制 |
表8 微孔板检测仪性能比较
Table 8 Performance comparison of microplate readers
检测仪 | 光吸收参数 | 荧光强度 | 自动化兼容 |
---|---|---|---|
SpectraMax Mini 多功能酶标仪[ | 检测范围(OD):0~4.0 误差<1%, OD 0~3.0 | 灵敏度: 1 pmol/L | 无相关介绍 |
BioTek Synergy H1 多功能微孔板检测仪[ | 动态范围(OD):0~4.0 误差<1%, OD 3.0 | 灵敏度:0.25 pmol/L(滤光片); 2.5 pmol/L、4 pmol/L(光栅型) | 第三方 |
山东博科公司的 BK-EL10D酶标仪[ | 读数范围:0~4.5 线性范围(OD):0~3.5 重复性:<0.2% 误差≤±0.01, OD 0.0~1.0 误差≤±0.03, OD 1.0~2.0 | 无 | 无相关介绍 |
本系统检测仪 | 检测范围(OD):0~3.0 重复性:<0.3% 误差<±0.01, OD 0~2.0 | 灵敏度:3.9 pmol/L(荧光素钠) | 接口开放,串口或 TCP实现第三方控制 |
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