قارئ الأطباق

الموسوعة الحرة
قارئ الألواح الدقيقة BioTek PowerWave XS

أجهزة قراءة الألواح ، والمعروفة أيضًا بأجهزة قراءة الألواح الدقيقة أو مقاييس الضوء للألواح الدقيقة ، هي أدوات تُستخدم للكشف عن التفاعلات البيولوجية أو الكيميائية أو الفيزيائية في عينات الألواح الدقيقة . وتُستخدم على نطاق واسع في الأبحاث، واكتشاف الأدوية ، [ 1 ] والتحقق من صحة المقايسات الحيوية، ومراقبة الجودة، وعمليات التصنيع في الصناعات الدوائية والتقنية الحيوية والمؤسسات الأكاديمية. يمكن تحليل تفاعلات العينات في ألواح دقيقة تتراوح سعتها من 1 إلى 1536 بئرًا. يُعدّ تنسيق الألواح الدقيقة الأكثر شيوعًا في مختبرات الأبحاث الأكاديمية أو مختبرات التشخيص السريري هو 96 بئرًا (مصفوفة 8 × 12) بحجم تفاعل نموذجي يتراوح بين 100 و200 ميكرولتر لكل بئر. أما الألواح الدقيقة ذات الكثافة الأعلى (384 أو 1536 بئرًا) فتُستخدم عادةً في تطبيقات الفحص، حيث يصبح معدل الإنتاجية (عدد العينات التي تتم معالجتها يوميًا) وتكلفة التحليل لكل عينة من المعايير الحاسمة، بحجم تحليل نموذجي يتراوح بين 5 و50 ميكرولتر لكل بئر. تشمل طرق الكشف الشائعة لتحليلات الألواح الدقيقة الامتصاص، وشدة الفلورة ، والتألق ، والفلورة المعتمدة على الزمن ، واستقطاب الفلورة .

طُرق

الامتصاص

تتوفر تقنية قياس الامتصاص في أجهزة قراءة الألواح الدقيقة منذ أكثر من ثلاثة عقود، وتُستخدم في فحوصات مثل فحوصات ELISA ، وتحديد كمية البروتين والحمض النووي، أو فحوصات نشاط الإنزيم [ 2 ] (مثل فحص MTT لحيوية الخلايا). [ 3 ] يقوم مصدر ضوئي بإضاءة العينة باستخدام طول موجي محدد (يتم اختياره بواسطة مرشح ضوئي أو أحادي اللون)، ويقيس كاشف ضوئي موجود على الجانب الآخر من البئر كمية الضوء الأولي (100%) الذي يمر عبر العينة: ترتبط كمية الضوء المنقول عادةً بتركيز الجزيء المراد قياسه. تم تصغير العديد من التحليلات اللونية التقليدية لتعمل كميًا في جهاز قراءة الألواح، مع أداء مناسب للأغراض البحثية. تشمل أمثلة التحليلات التي تم تحويلها إلى طرق قراءة الألواح عدة تحليلات للأمونيوم ، والنترات ، والنتريت ، [ 4 ] واليوريا ، [ 5 ] والحديد (II) ، [ 6 ] والفوسفات . [ 7 ] تم تطوير طرق كيميائية لونية أحدث لاستخدامها مباشرة في أجهزة قراءة الألواح. [ 8 ]

التألق

شهد الكشف عن شدة التألق تطورًا واسعًا في تقنية الألواح الدقيقة خلال العقدين الماضيين. ويُعدّ نطاق تطبيقاتها أوسع بكثير من نطاق تطبيقات الكشف عن الامتصاص، إلا أن الأجهزة المستخدمة عادةً ما تكون أغلى ثمنًا. في هذا النوع من الأجهزة، يقوم نظام بصري أول (نظام الإثارة) بإضاءة العينة باستخدام طول موجي محدد (يتم اختياره بواسطة مرشح بصري أو أحادي اللون). ونتيجةً للإضاءة، تُصدر العينة ضوءًا (تتألق)، ويقوم نظام بصري ثانٍ (نظام الانبعاث) بتجميع الضوء المنبعث، وفصله عن ضوء الإثارة (باستخدام مرشح أو أحادي اللون)، وقياس الإشارة باستخدام كاشف ضوئي مثل أنبوب مضاعف ضوئي (PMT). وتتمثل مزايا الكشف عن التألق على الكشف عن الامتصاص في حساسيته العالية، بالإضافة إلى نطاق تطبيقاته الواسع، نظرًا لتوافر مجموعة كبيرة من العلامات الفلورية اليوم. على سبيل المثال، تقيس تقنية تُعرف باسم تصوير الكالسيوم شدة تألق الأصباغ الحساسة للكالسيوم لتقييم مستويات الكالسيوم داخل الخلايا. [ 9 ]

التلألؤ

التألق الضوئي هو نتاج تفاعل كيميائي أو بيوكيميائي. يُعدّ الكشف عن التألق الضوئي أبسط من الناحية البصرية مقارنةً بالكشف عن التألق الفلوري، إذ لا يتطلب التألق الضوئي مصدر ضوء للإثارة أو أدوات بصرية لاختيار أطوال موجية محددة للإثارة. يتكون النظام البصري النموذجي للتألق الضوئي من حجرة قراءة محكمة الإغلاق وكاشف مضاعف ضوئي (PMT) . تستخدم بعض أجهزة قراءة الألواح كاشف مضاعف ضوئي تناظري، بينما تستخدم أخرى كاشف مضاعف ضوئي لعدّ الفوتونات. يُعدّ عدّ الفوتونات الطريقة الأكثر حساسية للكشف عن التألق الضوئي. توفر بعض أجهزة قراءة الألواح أنظمة بصرية مزودة بعجلة ترشيح أو أحادي اللون قابل للضبط لاختيار أطوال موجية محددة للتألق الضوئي. تتيح إمكانية اختيار أطوال موجية متعددة، أو حتى نطاقات أطوال موجية، الكشف عن المقايسات التي تحتوي على إنزيمات مُبلِّغة متعددة للتألق الضوئي، وتطوير مقايسات جديدة للتألق الضوئي، بالإضافة إلى تحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء.

تشمل التطبيقات الشائعة فحوصات التعبير الجيني القائمة على إنزيم لوسيفيراز ، بالإضافة إلى فحوصات حيوية الخلايا، والسمية الخلوية، والإيقاع الحيوي القائمة على الكشف المتألق عن ATP . [ 10 ]

التألق المعتمد على الزمن (TRF)

يُشابه قياس التألق المُعتمد على الزمن (TRF) قياس شدة التألق (FI) إلى حد كبير. والفرق الوحيد يكمن في توقيت عملية الإثارة/القياس. عند قياس شدة التألق، تتم عمليتا الإثارة والانبعاث في آنٍ واحد: يُقاس الضوء المنبعث من العينة أثناء حدوث الإثارة. على الرغم من كفاءة أنظمة الانبعاث العالية في إزالة ضوء الإثارة قبل وصوله إلى الكاشف، إلا أن كمية ضوء الإثارة مقارنةً بضوء الانبعاث تكون كبيرة لدرجة أن قياسات شدة التألق تُظهر دائمًا إشارات خلفية مرتفعة نسبيًا. يُقدم قياس التألق المُعتمد على الزمن حلًا لهذه المشكلة. فهو يعتمد على استخدام جزيئات فلورية مُحددة للغاية، تُسمى اللانثانيدات ، والتي تتميز بخاصية فريدة تتمثل في انبعاث الضوء على مدى فترات زمنية طويلة (تُقاس بالمللي ثانية) بعد الإثارة، بينما تنبعث معظم الأصباغ الفلورية القياسية (مثل الفلورسين) في غضون بضع نانوثوانٍ من الإثارة. نتيجةً لذلك، يُمكن إثارة اللانثانيدات باستخدام مصدر ضوء نابض (مثل مصباح زينون وامض أو ليزر نابض) والقياس بعد نبضة الإثارة. ينتج عن ذلك انخفاض في ضوضاء الخلفية في القياسات مقارنةً بفحوصات التألق الفلوري القياسية. أما عيوب هذه التقنية فتتمثل في ارتفاع تكلفة الأجهزة والكواشف عادةً، وضرورة توافق التطبيقات مع استخدام هذه الأصباغ اللانثانيدية شديدة التخصص. يُستخدم التألق الفلوري المعتمد على الزمن (TRF) بشكل أساسي في تطبيقات فحص الأدوية، تحت مسمى نقل طاقة التألق الفلوري المعتمد على الزمن (TR-FRET). تتميز فحوصات TR- FRET بمتانتها العالية (حساسية محدودة لأنواع عديدة من التداخلات في الفحص) وسهولة تصغيرها. تُعد المتانة، وإمكانية التشغيل الآلي، والتصغير من الميزات الجذابة للغاية في مختبرات الفحص.

استقطاب الفلورة

يُعد قياس استقطاب التألق قريبًا جدًا من كشف التألق الفلوري. ويكمن الاختلاف في أن النظام البصري يتضمن مرشحات استقطاب على مسار الضوء: حيث تُثار العينات في الصفيحة الدقيقة باستخدام ضوء مستقطب (بدلًا من الضوء غير المستقطب في نمطي التألق الفلوري والتألق الفلوري الزمني). وبناءً على حركة جزيئات التألق الموجودة في الآبار، يكون الضوء المنبعث إما مستقطبًا أو غير مستقطب. فعلى سبيل المثال، تُصدر الجزيئات الكبيرة (كالبروتينات) في المحلول، والتي تدور ببطء نسبيًا نظرًا لحجمها، ضوءًا مستقطبًا عند إثارتها بضوء مستقطب. في المقابل، يؤدي الدوران السريع للجزيئات الأصغر إلى إزالة استقطاب الإشارة. يستخدم نظام الانبعاث في قارئ الصفيحة مرشحات استقطاب لتحليل قطبية الضوء المنبعث. يشير مستوى الاستقطاب المنخفض إلى أن جزيئات التألق الصغيرة تتحرك بحرية في العينة، بينما يشير مستوى الاستقطاب المرتفع إلى أن التألق مرتبط بمركب جزيئي أكبر. ونتيجة لذلك، فإن أحد التطبيقات الأساسية للكشف عن FP هو فحوصات الارتباط الجزيئي، لأنها تسمح بالكشف عما إذا كان جزيء فلوري صغير يرتبط (أو لا يرتبط) بجزيء أكبر غير فلوري: يؤدي الارتباط إلى سرعة دوران أبطأ للجزيء الفلوري، وإلى زيادة في استقطاب الإشارة.

تشتت الضوء وقياس التعكر

يُعدّ تشتت الضوء وقياس التعكر من الطرق المستخدمة لتحديد درجة تعكر المحلول (أي: عدد الجسيمات غير الذائبة فيه). يمر شعاع ضوئي عبر العينة، فيتشتت الضوء بفعل الجسيمات العالقة. ويشير الضوء المتشتت الأمامي المقاس إلى كمية الجسيمات غير الذائبة الموجودة في المحلول. تشمل التطبيقات الشائعة لقياس التعكر/تشتت الضوء: الفحص الآلي عالي الإنتاجية لذوبان الأدوية، ودراسة حركية نمو الميكروبات على المدى الطويل، والتلبد، والتكتل، ومراقبة البلمرة والترسيب، بما في ذلك الترسيب المناعي.

الأجهزة والتحاليل

تتوفر العديد من طرق الكشف (الامتصاص، شدة التألق، التألق الضوئي، التألق المعتمد على الزمن، واستقطاب التألق) بشكل مستقل في أجهزة قراءة الألواح المخصصة، ولكنها غالبًا ما تُدمج اليوم في جهاز واحد (جهاز قراءة الألواح متعدد الطرق). كما توجد أجهزة لقياس الضوء الديناميكي أو الثابت المتناثر من العينات في الألواح الدقيقة. تتنوع تطبيقات أجهزة قراءة الألواح متعددة الطرق بشكل كبير، ومن أكثر التحليلات شيوعًا ما يلي:

على الرغم من أن مصطلح "قارئ الألواح" يشير عادةً إلى الأجهزة المذكورة أعلاه، إلا أن هناك العديد من الأنواع الأخرى المتاحة. ومن الأمثلة على الأجهزة الأخرى التي تعمل مع تنسيق الألواح الدقيقة ما يلي:

  • أجهزة قراءة لوحات ELISPOT ، المستخدمة لحساب البقع الملونة التي تتشكل أثناء إجراء فحوصات ELISPOT.
  • أجهزة تصوير عالية الإنتاجية يمكنها قياس جميع آبار الصفيحة الدقيقة في وقت واحد
  • أنظمة الفحص عالي المحتوى (HCS) التي تصور كل بئر بدقة عالية، لفحص تجمعات الخلايا
  • أجهزة خالية من العلامات تستخدم صفائح دقيقة متخصصة لقياس أحداث الارتباط دون استخدام علامات كيميائية

مراجع

  1. ^ نيفيز، برونو جونيور. أغنيس، جوناثان باولو؛ جوميز، مارسيلو دو ناسيمنتو؛ هنريك دونزا، مارسيو روبرتو؛ غونسالفيس، روزانجيلا ماير؛ ديلجوبو، مارينا؛ ريبيرو دي سوزا نيتو، لاورو؛ سنجر ماريو روبرتو؛ سيلفا جونيور، فلوريانو بايس؛ فيريرا، سابرينا بابتيستا؛ زانوتو فيلهو، ألفيو؛ أندرادي ، كارولينا هورتا (مارس 2020). “التحديد الفعال لمركبات الرصاص المضادة للورم الدبقي الجديدة من خلال نماذج التعلم الآلي”. المجلة الأوروبية للكيمياء الطبية . 189 111981. دوى : 10.1016/j.ejmech.2019.111981 . بميد 31978780 . S2CID 210892159 .  
  2. ↑ عاشور، محمد باسم أ.؛ جي، شيرلي ج.؛ هاموك، بروس د. (نوفمبر 1987). "استخدام قارئ الصفائح الدقيقة ذي 96 بئرًا لقياس أنشطة الإنزيمات الروتينية". الكيمياء الحيوية التحليلية . 166 (2): 353-360 . doi : 10.1016/0003-2697(87)90585-9 . PMID 3434778 . 
  3. ↑ موسمان، تيم (ديسمبر 1983). "فحص قياس الألوان السريع لنمو الخلايا وبقائها: تطبيق على فحوص التكاثر والسمية الخلوية". مجلة أساليب علم المناعة . 65 ( 1-2 ): 55-63 . doi : 10.1016/0022-1759(83)90303-4 . PMID 6606682 . 
  4. ↑ سيمز، جي كي؛ إلسورث، تي آر؛ مولفاني، آر إل (11 نوفمبر 2008). "التقدير الميكروسكوبي للنيتروجين غير العضوي في الماء ومستخلصات التربة". مجلة الاتصالات في علوم التربة وتحليل النبات . 26 ( 1-2 ): 303-316 . doi : 10.1080/00103629509369298 .
  5. ↑ غرينان، ن. س.؛ مولفاني، ر. ل.؛ سيمز، ج. ك. (11 نوفمبر 2008). "طريقة دقيقة لتحديد اليوريا في مستخلصات التربة باستخدام قياس الألوان" . مجلة الاتصالات في علوم التربة وتحليل النبات . 26 ( 15-16 ): 2519-2529 . doi : 10.1080/00103629509369465 .
  6. ↑ تور، جيسون م.؛ شو، كايفن؛ ستوكي، جوزيف م.؛ واندر، ميشيل م.؛ سيمز، جيرالد ك. (أغسطس 2000). "تحلل التريفلورالين في ظل ظروف اختزال النترات والحديد الثلاثي المُحفزة ميكروبيولوجيًا". العلوم والتكنولوجيا البيئية . 34 (15): 3148-3152 . Bibcode : 2000EnST...34.3148T . doi : 10.1021/es9912473 .
  7. ↑ دانجيلو، إليسا؛ كروتشفيلد، ج.؛ فانديفيير، م. (نوفمبر 2001). "تحديد سريع وحساس ودقيق للفوسفات في الماء والتربة على المستوى الميكروي". مجلة جودة البيئة . 30 (6): 2206-2209 . doi : 10.2134/jeq2001.2206 . PMID 11790034 . 
  8. ↑ راين، إي دي؛ مولفاني، آر إل؛ برات، إي جيه؛ سيمز، جي كي (1998). "تحسين تفاعل بيرثيلوت لتحديد الأمونيوم في مستخلصات التربة والماء". مجلة جمعية علوم التربة الأمريكية . 62 (2): 473. Bibcode : 1998SSASJ..62..473R . doi : 10.2136/sssaj1998.03615995006200020026x .
  9. ↑ لين، كيدان؛ سادي، وولفغانغ؛ مارك كويلان، ج. (فبراير 1999). "قياسات سريعة للكالسيوم داخل الخلايا باستخدام قارئ لوحات الفلورة" . BioTechniques . 26 (2): 318–326 . doi : 10.2144/99262rr02 . PMID 10023544 . 
  10. ↑ لين، كيدان؛ سادي، وولفغانغ؛ مارك كويلان، ج. (فبراير 1999). "قياسات سريعة للكالسيوم داخل الخلايا باستخدام قارئ لوحات الفلورة" . BioTechniques . 26 (2): 318–326 . doi : 10.2144/99262rr02 . PMID 10023544 . 
  11. ↑ عاشور، محمد باسم أ.؛ جي، شيرلي ج.؛ هاموك، بروس د. (نوفمبر 1987). "استخدام قارئ الصفائح الدقيقة ذي 96 بئرًا لقياس أنشطة الإنزيمات الروتينية". الكيمياء الحيوية التحليلية . 166 (2): 353-360 . doi : 10.1016/0003-2697(87)90585-9 . PMID 3434778 . 
  12. ↑ "AlphaScreen | BMG LABTECH" .
  13. ↑ سوبرون، ماريا؛ جيتس، روبرت؛ راغوناثان، روهيت؛ غريشينا، غالينا؛ ويتمر، مارك؛ خيمينيز، غوستافو؛ سامبسون، هيو أ.؛ سواريز-فاريناس، مايتي (5 ديسمبر 2019). "اختبار جديد قائم على الخرز لتحديد المستضدات: أداة حساسة وموثوقة لتحديد مجموعة الأجسام المضادة الخاصة بالمستضدات في حساسية الطعام" . التقارير العلمية . 9 (1): 18425. Bibcode : 2019NatSR...918425S . doi : 10.1038/ s41598-019-54868-7 . PMC 6895130. PMID 31804555 .  
  14. ↑ شين، هاي جي؛ كواك، مينجيونغ؛ جو، سيهوا؛ لي، جي يون (2022). "قياس امتصاص الجسيمات النانوية الفلورية في خلايا الثدييات باستخدام قارئ الألواح" . التقارير العلمية . 12 (1): 20146. Bibcode : 2022NatSR..1220146S . doi : 10.1038/s41598-022-24480-3 . PMC 9684140. PMID 36418509 .