Ανάλυση και κατασκευή πλατφόρμας αυτοματοποιημένης μέτρησης βιολογικών σημάτων με χρήση μικρομαγνητικών σφαιριδίων

Abstract

Στη παρούσα εργασία επιχειρείται η μελέτη, ο σχεδιασμός και η κατασκευή μιάς πλατφόρμας που θα πραγματοποιεί, χωρίς ανθώπινη παρέμβαση, βιοχημικά πειράματα ELISA για την χαρτογράφηση του ανθρώπινου κυττάρου. Στα επόμενα κεφάλαια θα αναλυθεί η χρησιμότητα αυτών των πειραμάτων, η διαδικασία διεξαγωγής τους και οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται σε επίπεδο υλικών και εξοπλισμού σε εργαστήρια βιοτεχνολογίας και νοσοκομεία.Στη συνέχεια θα τεθούν προδιαγραφές για τα χαρακτηριστικά της πλατφόρμας και θα παρουσιαστεί ο προκαταρτικός σχεδιασμός της συσκευής. Θα παρουσιαστούν κάποια πειράματα και μία πειραματική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε για τον προσδιορισμό των μεταβλητών του προβλήματος. Θα παρουσιαστεί ο γενικός σχεδιασμός της πλατφόρμας και έπειτα θα εστιάσουμε σε κάθε υποσύστημα χωριστά. Στο τέλος κάθε υποσυστήματος μπορεί κανείς να δει τα κατασκευαστικά σχέδια για τα μέρη που το απαρτίζουν.

Introduction: The ever increasing use of high-throughput methods in biology has created the need of automated platforms for full sample preparation with minimal user intervention. While various products have been developed to assist researchers in those tasks, they are mostly based on liquid handling modules that move on a planar surface and mimic tasks perform by humans in a lab bench. In this work, we propose an automated platform where various assay steps are performed on a vertical rather a horizontal format. The apparatus in based on manipulation of magnetic beads where bead trapping and washing is performed inside pipette tips, thus maximizing bead-transfer efficiency and simplifying assay execution. Using those principles we are currently designing a prototype of a fully automated platform specifically made for the preparation of ELISA microbead assays. Methods: Magnetic microbead technology: Using miniature retractable Neodymium PM’s and magnetic shielding we accomplish microbead trapping. Pipetting / Washing : We introduce an embedded liquid handling/washing system whose operating principle allows it to handle sample volumes from 10ul and above and can perform washing steps within the pipette tip. Precision of motion: Using a z-only degree of freedom for the liquid handler and assorted hard lock positioning systems we ensure an accurate positioning system. Temperature control: Using thermoelectric coolers/heaters we developed temperature controlled stations inside the platform to secure the samples. Results/Discussion: The vertical orientation of plates guarantees a very small footprint that take up as much space as a large computer case. The new magnetic bead handling technique -if successful- allows for a low cost, easy to use, flexible and reliable platform for proteomic assays.