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测序应用丨自动建库仪究竟是什么样子?

2025-1-8 11:55| 编辑: 归去来兮| 查看: 284| 评论: 0|来源: 实验室自动化解析

摘要: 如何实现文库构建过程的自动化?

为什么要实现文库构建过程的自动化?

为什么有必要实现文库构建过程的自动化?这个问题自打我踏入这个行业的第一天起,就一直萦绕在我的心头。我不断思索,自动化究竟能为我们带来哪些变革与提升,又能为用户带来哪些切实的利益。我想不明白,所以存在许多的疑虑。


在我熟练掌握了仪器的操作之后,我坚信自动化已经成为一种不可逆转的趋势,之前的疑虑也烟消云散。也许,自动化建库到底有多少好处,只有你们自行体会过了,才能感受到。


说一桩糗事,之前给一个客户做测试时,客户提供了专用试剂,期望我们能够对比自动化建库与人工建库的实验效果(相同样本进行多次重复测试)。然而,实验结果出人意料,自动化建库仪的表现稳定一致,而我亲自进行的人工操作结果却颇显尴尬,数据波动较大,有的样本浓度仅为1-2,而有的却高达20-30。由于客户提供的试剂份额有限,我仅能完成这两次实验,无法进行重复验证,我只能硬着头皮把结果展示给客户,那一刻,确实非常难为情。


幸运的是,客户展现了极大的理解与宽容,他们认为我对他们的标准操作流程(SOP)不够熟悉,操作上的不足也在情理之中。因此,他们自行进行了人工对比实验,结果显示仪器与人工操作的结果基本吻合。这一结果反而间接证明了,借助建库仪的辅助,即便是初入行业的新手,也能轻松达到与经验丰富专家相仿的操作水平。

如何实现文库构建过程的自动化?

文库构建,就是在目标DNA片段的两端连接特定的测序接头,以便于后续进行测序分析。


以全基因组文库构建为例,核心步骤是:(i) 将目标序列片段化或将目标序列大小调整到所需长度,(ii)将特定的测序接头连接到目标片段的两端,以及 (iii)通过PCR扩增获取足够多能够上机测序的核酸分子(可选步骤)。


细究这些步骤,它们本质上是由移液、混合、磁珠分离、温度控制等基本实验操作组成。这些操作的标准化也使得它们能够通过自动化仪器高效地执行。

请参考以下表格,其中详细列出了具体的步骤拆解:

图片可上下滑动

自动建库仪究竟是什么样子?

大家是否心中都存有一丝好奇,想一窥自动建库仪的真面目?

今天,我们将深入探讨华大智造MGISP-960,这款在市场上广泛应用的设备,为大家揭晓自动建库仪的神秘面纱。本文所引用的资料均来源于华大官网的官方数据以及真机的测绘图,仅供各位学习参考之用。

一、整机外观


MGISP-960的整体尺寸精确限定为1240mm宽x740mm高x1100mm深,确保了740mm的纵向空间,这对于常规PCR实验室的内部推入来说绰绰有余。标准型号的额定功率为2000VA,适应电压范围宽泛,从200V至240V均可。设备运行的环境温度需保持在19~25C°之间,相对湿度应在20%~80%之间,无冷凝现象。整体设备重量约为250KG。


外观图

MGISP-960在外观设计上,延续了华大智造一贯的设计理念和元素。它采用了上拉门的设计,这种结构巧妙地节省了实验室空间。门体由黑色透明亚克力板制成,搭配精致的铝合金门把手,显得既实用又美观。设备两侧及后部的封板则选用了Q235材质,经过表面烤漆工艺处理,不仅坚固耐用,还展现出细腻的质感。

二、结构特点


MGISP-960的一大特点在于其电控盘设计。与以往设备相比,电控盘被巧妙地安排在了设备的底部,不仅显著提升了纵向空间的使用效率,而且还采用了便捷的抽屉式结构。这种设计使得电控盘可以轻松地安装在整机大板的下方,极大地简化了售后维护的流程,提高了维护效率。


底部图


电控盘,简单地理解,就是一个用来控制机器开、关,保护机器不受电伤害,并且能够显示机器状态的电子控制中心。你可以想象它就像是你家里的电闸箱,电控盘是设备或机器的“大脑”,控制着所有电器的通电和断电。它的设计和位置对设备的整体性能和可维护性有着直接的影响。


版位布局

版位布局图

接下来,我们将目光转向板位布局的设计。这一布局展现出了紧凑而适中的结构特点,其中SBS标准板位承载架依旧沿用了其经典的设计风格。整个工作台面的底部由一整块大板构成,台面上配备了15个SBS标准板位,以及两个磁力架和两个深孔板低温冷藏模块。此外,还设有一个收纳盒、一个震荡模块,以及一个可根据需要选配的PCR模块。这样的配置相当于提供了24板位模块的灵活组合方式,以适应多样化的实验需求。

版位布局说明图

搬运与传动机构介绍


MGISP-960在X轴和Y轴的传动设计上,均采用了带传动系统


怎么理解带传动系统?你可以想象成小时候玩的滑轮车,车子的轮子和脚踏板之间连接着一根皮带。当你踩踏板的时候,皮带就会带动轮子转动,这样你的滑轮车就能前进了。带传动系统在机器中的作用也是类似的。


在这个系统中,主要有两个部分:一个是主动轮(驱动),另一个是从动轮。主动轮通常是由电机驱动的,就像你的脚踩踏板;而从动轮则是被主动轮通过皮带带动转动的,就像滑轮车的轮子。


这里的“皮带”就像是传递动力的纽带,它绕在两个轮子之间,当主动轮转动时,通过摩擦力作用,皮带就会拉着从动轮一起转动,从而实现动力的传递。这种传动方式简单、成本相对较低,而且能够有效地减少震动,保护机器的部件。


总结一下,带传动系统就像是一个力量的传递链,它通过皮带将电机的动力传递给另一个轮子,让整个机器或设备能够顺利地运转起来。


在医疗设备行业的运动轴设计中,除非有特殊要求,带传动通常是首选的传动方式。(当然,对于那些对速度有更高要求的模组,比如X轴,可能会考虑使用直线电机等更先进的传动方式。这种情况下,就必须根据具体的应用场景和性能要求进行详细的分析和选择。)


X轴运动轴结构


在该设备中,X轴的驱动由一款86型步进电机担任,而与之配合的同步轮则是S5M150型。X轴的连接板被坚固地安装在导轨上,这一设计确保了承载的稳定性,使得整个负载在导轨上能够平稳运转。设备左侧安装了张紧机构,两侧则配备了防撞限位和槽型光电传感器等安全防护装置,这些措施共同作用,保障了设备的运行安全性和操作精确度。


Y轴运动轴结构


Y轴其构造上跟与X轴差不多,就是X轴有的配置,Y轴也一应俱全(煎饼果子来一套!)。无论是防撞限位、张紧机构、导轨、同步带、槽型光电传感器,还是电机,两个轴系都配备了相同的组件。在Y轴的驱动选择上,采用了57型步进电机,并搭配了S3M150型同步带轮。值得注意的是,MGISP-960的Y轴并非采用悬臂结构,其左侧设有与前横梁导轨相连的连接块,确保了整体的稳固性。主打的就是一个扎扎实实。(MGISP-100是悬臂结构设计,有兴趣的可以去研究看看)。


Z轴运动轴结构


Z轴模组由两个模块构成:移液模块和夹爪模块。移液模块的精度表现卓越,对于2μL的移液误差小于5%,而对于200μL的移液误差则小于1%。机械臂的定位精度高达±0.1mm。Z轴的动力来源是一台86型丝杆电机,它为整个Z轴的精准控制提供了保障。

依托XYZ轴的精密协同作业,展现了如同人手般的灵活性和精确度,轻松胜任建库过程中的各项任务。


在通量方面,MGISP-960移液模块使用时能够灵活地在8/96通道之间切换,每个运行周期可以处理96或192个样本,实现了高效的工作流程。

支撑结构

支撑机构

在支撑结构方面,整机的大板以及前部的横梁和纵梁采用了6061铝合金材料,除此之外,顶部的支撑和后部的支撑结构则全部采用了型材支撑形式。设备顶部配备了HEPA空气过滤系统,其过滤效率高达99.995%针对0.3μm的颗粒物。顶部内侧还设有紫外消毒系统,其辐照剂量超过100,000 μW.s/cm²。设备的开门方式依旧采用了传统的卷簧配合磁吸的设计。在设备搬运方面,通过抬杆和位于四个角的搬运支撑块,采用螺纹旋合的方式进行搬运,这一设计大大便利了设备的快速部署和落地。

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