爱沙尼亚基因组中心生物样本库的自动化解决方案

概述

爱沙尼亚生物样本库是收集能够代表整个爱沙尼亚人口的以民族委基础的生物样本库。因为整体工作量、反应时间、样本的完整性和过程的安全性等因素，为研究伙伴人工发放样本变得越来越困难，因此爱沙尼亚生物样本库采用了由一套自动化存储系统，一台自动化液体处理系统和多个小设备（如离心机和开盖机）组成的Hamilton处理中心来实现整个样本传递过程的自动化。

简介

爱沙尼亚生物样本库成立于2001年，是隶属于Tartu大学基因组中心(EGC)的以民族为基础的生物样本库。该样本库收集能够代表整个爱沙尼亚人口的供者样本。迄今为止，已收集了来自52000名供者的血浆、DNA和白膜层细胞，还收集了他们的健康数据。该生物样本库负责准备、存储并提供这些样本并对存储和供给的样本进行质量控制。爱沙尼亚该生物样本库采用了自动化系统来增加通量、保持样本的完整性并提高过程的安全性。他们于2012年实现了样本提取和供给的完全自动化。

传统工作流程

样本供给：用吸管手工吸取DNA，转移至深孔板，冻存在-20℃普通冰箱内。研究者提出申请后，融化-20℃冻存的含有所需DNA样本的微孔板，手动移取至运输板并发放给相应的研究者。

一旦DNA用完或者过期，就需要从液氮存储器中获得更多的样本提取新的DNA。所有流程按照ISO 9001-2008执行并定制的实验室信息管理系统（LIMS）进行记录。

挑战

手动流程需要大量的人力和时间。实验室的技术员本可以将这些时间花在更重要的研究工作上。即使只需要一个样本，也必须融化整块板，手工开盖并挑取，因此对于样本的完整性来说，反复冻融大量样本也增加了意外事故和样本间相互污染的风险。EGC实验室的负责人Steven Smit 说：“我们正努力将样本供给率提高10倍以上。”

图1：Hamilton ASM（左）与STAR（右）整合

Hamilton解决方案

提高样本供给率并减少人为误差的解决方法是实现整个DNA发放流程的自动化，并将样本从微孔板转至2D条形码标记的冻存管中进行中间存储，减少冻融次数，提高样本的完整性。ASM自动化样本存储系统可以储存99800支带2D条形码的冻存管，并在-20℃温度下进行样本分选。因此，只要将所需的样本转移至室温，其他样本仍然冻存于ASM系统内。

准备需要发放的样本时，由LIMS数据库所需样本的挑取列表。相关样本由ASM进行挑取（cherry-picking）并放入运输载架，然后由ASM系统的服务器中融化，随后自动转移至Microlab^® STARplus 自动化液体处理系统进行后续操作。

ASM挑取好的载架首先转移至振荡器上，以750rpm振荡20秒，实现均一化；然后在离心机里以1000rpm离心20秒，使液体从管盖和管壁上沉淀下来，随后采用Hamilton DeCapper 开盖机取下冻存管盖，紧接着用STARplus分出5-50μL样本，随之由DeCapper盖上原配的管盖并转移回ASM进行存储。最后，新生成的96孔板用热封仪进行封膜并保留在STARplus台面上。

该流程唯一的手动步骤是取出准备好的运输版，以供下游研究使用。

另外，STAPplus还可用于样本稀释、PCR板制备等。

图2：爱沙尼亚生物样本库基本工作流程

小结

用户通过采用Hamilton 的整体解决方案实现了DNA样本供给流程的完全自动化。对于该工作流程最大的益处之一是拥有了在-20℃进行自动挑选（cherry-picking）的能力，保证只对所需样本进行融化，而无需融化所有的样本。

实验室负责人Smit说：“这样大大降低了样本的冻融次数，并使样本处于室温下的时间降至最短，我们希望借此延长每个分装样本的使用周期”。

采用Hamilton自动化系统大大降低了手工操作的工作量，为研究者争取到更多的时间进行更有意义的研究工作，并基本消除了样本污染或混淆的风险。而且，还可以通过添加最多3个ASM存储模块轻松地增加ASM系统的存储容量，满足客户今后的需求。