美国Labcyte公司的Echo 500系列非接触式纳升级声波移液系统是业内最受信赖的极微量液体移液系统。与其他移液器不同的地方在于，他们的移液方式，利用的是声波（Move Liquids with Sound）而非枪头或喷嘴。 Echo 500系列革新了移液系统，仪器从母板source plate的孔的下方发出声波，并“聆听”其反射（echo）来决定孔中液体的成份和液体高度，包括DMSO中的含水量。这些都是自动进行的，耗时仅需几微秒，使2.5nl的液体能精准地转移到其上方倒扣的目标板destination plate的对应孔中。这就是声波移液技术（ADE：Acoustic Droplet Ejection）——藉由声波将微量液体激飞到另一块微孔板以进行移液。大体积的液体转移靠每秒钟转移上百滴液体来实现，Echo 555最多每秒能转移500滴液体。移液范围2.5至10000nl，延长转移时间可转移更大体积的液体。移液体积准确度：小于10%目标体积偏差；精密度：小于8%CV，一般在2-4%之间。
Echo500系列声波移液器利用声波移液技术（Acoustic Droplet Ejection，ADE）在384-孔和1536-孔微孔板中转移低达2.5nL或25nL的液体，并实现任意孔到任意孔的转移。转移过程使用的能量低，不影响实验样本，适合所有需要进行微量移液操作的领域。能够转移高粘稠度的溶液，尤其是高达60%的甘油溶液及黏度介于0-50cp的蛋白质或核酸溶液。除此之外，对于纯水、高浓度/包含BSA的PBS、包含核酸的Tris缓冲液、PCR试剂、引物缓冲液、探针缓冲液、裂解缓冲液、蛋白质/酶溶液、细胞培养液、高达70%浓度的血清、各种浓度的DMSO、活细胞、蛋白晶体等都能移转。
Echo500系列的应用非常广泛，包括但不局限于：1）实验方法的最小化和优化；2）高通量筛选；3）基于细胞的实验；4）DNA测序；5）剂量响应；6）基因表达；7）基因分型；8）蛋白结晶；9）RNAi实验；10）qPCR等。
声波移液过程如图1所示，可以进行cherry-pick——任意孔到任意孔的转移，并且对每个样品独立操作。由于使用声波能量移液，所以可以真正达到非接触性移液，其无需使用枪头或喷嘴的优点，不会发生液体的交叉污染和阻塞，亦不会像其他传统移液设备需要枪头等耗材，或需要对枪头进行清洗。
图1：Echo利用声波移液示意图，液体因表面张力黏附在目标板孔中。母板为Echo Qualified 384或1536孔板。目标板为SBS标准的96、384、1536或3456孔板。
Echo 500系列移液系统的优势：1）可根据客户需要的液体类型预先做好校准，交机即可使用，避免客户自行调节仪器的不便和可能的不准确。2）非接触式的移液操作，无枪头，无喷嘴，也不需要使用针头（pin tool），意味着无交叉污染以及枪头、洗液、中间板等消耗，为您节约100%的枪头费用，95%的DMSO费用，37%的微孔板和封膜费用，和50%的废液处理费用。3）可自动检测DMSO含水量和孔中液体的填充体积。4）移液体积可低至2.5nL。5）移液体积准确度：小于10%目标体积偏差；精密度：小于8%CV，一般在2-4%之间。6）测量DMSO含水量的准确度：小于8%；精密度：小于5%CV。7）可转移简单的液体（细胞培养液、缓冲液或DMSO），也可转移高黏度的液体（裂解液、带甘油的抗体或转染试剂）。可以无损害地转移cDNA、蛋白质、活细胞、蛋白晶体和其他成份。8）可使实验方法最小化，原来微升级的实验，现在纳升级即可完成，可节约大量的样本和试剂。9）Echo 520和550可以按客户需求进行升级，以增加新功能。10）可轻易达成自动化及集成，如与Access Laboratory Workstation和POD Automation Platform集成，可24小时不间断的工作。
传统的移液设备，需要两个步骤：吸液和放液，并且要在最优的体积范围内才能保证准确度和精密度。Echo重复转移2.5nl的溶液，所以在很广的体积范围内都能保证准确度和精密度一致不变。如图2所示，传统移液设备在转移更小体积液体时精密度降低（CV升高），转移不同范围的液体需要不同的移液设备，而Echo的精密度在很广的移液体积范围内都为2.5%，尤其适合低至纳升级的移液体积。
图2：传统移液设备在转移更小体积液体时精密度降低（CV升高），转移不同范围的液体需要不同的移液设备，而Echo的精密度在很广的移液体积范围内都为2.5%，尤其适合低至纳升级的移液体积。
用Echo转移液体可以优化实验结果。传统的移液设备的操作基于以下基本假设：枪头内壁和外壁不会粘连液体中的小分子或蛋白质。而实际上这个假设在很多情况下并不成立，尤其是转移高黏度和微量体积液体时。
图3：传统梯度稀释法移液和声波移液（ADE）得到的IC50的对比
如图3所示是1000多个样品用不同方法得到浓度梯度的IC50值。X轴表示用传统梯度稀释法移液得到的样品的IC50值，Y轴表示用声波移液法（ADE）得到的IC50值。IC50值小于20µM的样品是符合要求的样品。因此蓝色区域是两种方法都为阳性的活性样品区域；灰色区域是两种方法都为阴性的无活性样品区域；绿色区域是用声波移液法为阳性，而用传统梯度稀释法为阴性的样品区域；黄色区域是用传统梯度稀释法为阳性，而用声波移液法为阴性的区域。由图可见，绿色区域集中了大约10%的样品点，甚至在红色圆圈内的点其声波移液得到的IC50值非常低，接近于0，而这些点在传统移液方法中是被舍弃排除的。而黄色区域中的点很少，并基本集中在IC50=20µM的临界线附近。传统梯度稀释的移液方法之所以产生如此巨大的假阴性结果，是因为在移液过程中，样品粘连在枪头上，因此真正发生转移的液体量不准确所致。并且梯度稀释时误差会累积——一些样品在使用梯度稀释时，显示了多达三次方的生物活性的损失。
图4和图5分别是百时美施贵宝和阿斯利康用两种方法得到的潜在活性化合物的筛选结果和IC50的对比表，进一步说明了用声波移液的方法可以得到更好的实验结果。
图4：百时美施贵宝公司用两种方法得到的潜在活性化合物的筛选结果对比图
图5：阿斯利康公司用两种方法得到的IC50的对比表
Echo移液的流程和传统梯度稀释法移液的流程也大不相同，传统梯度稀释法移液的流程如图6所示，样品必须先转移到一个中间板intermediate plate上，然后梯度稀释，最后转移生成assay plate。梯度稀释法需要额外清洗枪头以防止交叉污染，或使用一次性枪头但会增加实验成本。大量的用枪头转移的过程会极大地累积误差，从而产生不准确的移液结果。
图6：传统梯度稀释法移液的流程
Echo移液流程如图7所示，在两步法中需要一个中间板，生成四个中间浓度，然后稀释生成assay plate。而在直接稀释法中，无需中间板即可直接稀释生成assay plate。这些过程可以用Echo的Cherry Pick和Dose-Response应用完成，而无需产生枪头、洗液和其他实验消耗。当实验过程得到精简，生产率就会得到提升，并且节约成本和减少误差。Echo移液的准确性和精密性也使操作者能减少实验的重复次数，并且它能显著减少实验所需的样品的体积，节约珍贵的样品和试剂。这些都可以增加使用Echo的成本优势。 
图7：Echo移液的流程：两步稀释法和直接稀释法
根据实际的通量需求，Echo 500系列提供了520、550、555及525四种型号供使用者选择。四种型号都能提供相同的准确度和精密度。Echo555移液系统是世界上最快的声波移液处理平台。在24小时之内,移液量为2.5nL时,最多转移640,000个样品；移液量为50nL时，最多转移463 000 个样本。Echo 555移液系统可以测知和报告每个微孔中的液体体积和DMSO的含水量，非常适合于高通量液体处理的实验室。Echo 550是世界上第一个可用于生命科学应用的声波移液系统，得奖无数的Echo 550移液系统仍然是全球顶尖的制药公司对于超低体积移液的不二选择。和Echo 555移液系统一样，其也可测知和报告液体体积和DMSO的含水量。Echo 520移液系统针对通量较低的实验室，提供较为经济的解决方案。Echo 520移液系统可以测知微孔板内的体积及DMSO含水量，但只显示体积而不会报告DMSO含水量。这些Echo 500系列中较低端的产品均可以升级到较高端的产品，以满足客户的需求。Echo525移液系统是Labcyte新推出的型号，可转移25nl-10µl的液体，以25nl递增。它的移液准确度、精密度和Echo555相当,移液速度和通量要高于Echo555，且只能转移DMSO以外的液体，适用于Genomics领域。图8是Echo 500系列移液系统的移液准确度、精密度和通量的对照表。
图8：Echo 500系列移液系统的移液准确度、精密度和通量。
Echo的软件可协助客户建立适合各种应用的移液方案。每种Echo的应用都围绕特定的移液流程建立，并综合利用wizard和图形界面简化流程的建立。实际应用时，客户可快速离线建立一系列移液方案，然后利用内置的模拟器验证每一步移液，最后真正运行仪器。Echo软件包括：Echo Plate Reformat（重置和复制样品到板中；快速设计复杂的plate map）、Echo Cherry Pick（按照pick list转移和复制样品；图形化设计传统的或定制的目标板布局）、Echo Dose-Response（生成IC50曲线并自动加样填充；自动生成直接稀释法需要的中间板；设计包括对照孔的板的布局）、Echo Array Maker（生成液滴的矩阵）和 Echo Plate Audit（检测微孔板孔内的液面高度和液体体积）。
Echo可用于Assay Miniaturization、Assay Optimization、Dose Response、Genotyping、DNA Sequencing、RNAi Assay、Protein Crystallography等领域。如微小化qPCR实验，实验总体积可以低至250nl，用Echo转移的每个单独的成份低至50nl。如图9所示，绿色表示包含cDNA，红色表示不含cDNA，实验结果显示无交叉污染，扩增结果与传统体积得到的实验结果可比拟。
图9：用Echo进行qPCR实验，绿色表示包含cDNA，红色表示不含cDNA。
目前，排名前十位的全球性制药公司都已采用了Echo声波移液设备，用户中还包括中小型制药公司、生物科技公司、合同研究组织和学术机构。Labcyte的客户跨越生物学的广泛领域，包括药物发现、基因组学、蛋白质组学、诊断学、影像质谱和活体细胞的转运。Echo已在美国已获得41项专利，在欧洲获得8项，在日本获得3项，在中国获得1项，另外还有一些美国和国际专利正在申请中。
更多信息，请参考Labcyte网站：www.labcyte.com和上海典奥生物科技有限公司网站：www.tekontech.com，或关注微信公众号：tekontech。
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