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ATS——声波移液技术引领者
关键词： 纳升级移液， 声波移液，EDC Biosystems, 药物筛选，高通量PCR,合成生物学
ATS诞生于专注技术研发，低调的美国公司EDC，并很快地被GSK，Novartis，Merck， Pfizer 等公司采用。Broad Institute和美国伯克利国家重点实验室也在文章中标注采用ATS进行基于定量PCR 的高通量药物筛选和高通量质谱分析实验。
ATS到底是怎样一个技术？ 让我们一起来了解他。
声波几乎无处不在，很普通，ATS却能用它进行液体的转移。ATS利用声波探头把电能转化为声波，并聆听声波的反射来获得样品性质和液面高度的信息。声波探头根据所获得的信息，自动调整探头的位置来精准地聚焦能量到液面的一个点，激发出纳升级液滴。液滴飞向上方的容器，液滴通过表面张力粘附于容器表面，或直接融入到反应体系中（如图1）。ATS通过调整能量的状态，精确控制液滴大小，根据实验的需要在1nl 和50nl 之间任意调整液滴体积。更大体积的液体转移通过每秒钟上百个液滴的转移来实现。
图1: ATS声波移液原理示意图
ATS可进行任意孔到任意孔的转移。移液过程中样品飞速穿过空气，无需枪头，喷嘴和管路，不存在液体残留，交叉污染和阻塞。需要转移的液体可存放在96,384,1536,3456孔板中，通过ATS可转移液体到任何SBS／ANSI板，甚至是载玻片，晶体板，或芯片。ATS移液的精准度和精确度远高于传统移液技术, 且死体积小于0.5ul, 可最大限度的使用宝贵的实验样品。
目前声波移液技术在如下领域都有建树：高通量药物筛选、结构生物学、分子诊断 、合成生物学、 精准医疗、 高通量质谱分析。现在和大家分享几个应用案例。
1.高通量药物筛选：革新传统实验流程，缩小反应体系，实现高通量低成本药物筛选
在IC50实验中，母液的化合物溶度高，传统的实验流程需先把母液转移到微孔板中，用移液设备进行梯度稀释。再将稀释后的化合物加入到实验板中(如图2)。整个移液过程很难避免液体残留在枪头，导致实验结果的偏差。
图2：传统梯度稀释法移液流程
ATS最小的液滴体积为1nl，可采用直接稀释法（如图3），直接将化合物母液转移到实验板中，该过程可用ATS的Cherry Pick和Dose-Response软件协助完成。ATS移液的准确性和精密性可减少实验重复次数。0.5ul的死体积，显著减少实验所需溶液的体积，节约珍贵的样品和试剂。
图3：ATS直接稀释法移液流程
百时美施贵宝公司在化合物筛选实验中，将声波移液技术和基于枪头的传统移液技术做平行比较，他们惊人地发现在1000个被筛选的化合物中，其中108个化合物只在采用声波移液技术时有活性(如图4)。
图4: 百时美施贵宝声波移液和传统移液方法的筛选结果比较
2. 高通量定量PCR：自动化，微体系，极低的CV
定量PCR（qPCR）被广泛应用于基因表达分析，基因分型，SNP分析等应用。目前定量PCR常用的反应体系为10ul-20ul，采用ATS 声波移液技术可进行1ul 甚至更小反应体系定量PCR。ATS 进行cDNA, Mix buffer，引物，荧光试剂的纳升级移液，整个过程无需枪头，没有交叉污染，且CV极低。Broad Institute of MIT and Harvard 的科学家采用ATS与Roche LightCycler® 1536 定量PCR仪联用，实现基于定量PCR 的高通量药物筛选[1]。ATS也可与机械臂联用，实现24小时无人值守高通量药物筛选（如图5）。
图5: ATS自动化药物筛选平台
3. 蛋白结晶：高通量，微体系蛋白结晶；减少种晶基质效应，提高结晶成功率
蛋白结晶过程可分为3个阶段成核，生长和停止生长。晶核的形成是蛋白质晶体生长的起点和关键点，通过种晶可提高结晶的成功率。种晶过程，会引入外加缓存液对于结晶条件的影响，Roche的科学家首次把声波移液技术应用到高通量的蛋白结晶的条件筛选。他们通过ATS降低种晶的体积到15nl，减少缓冲液对于结晶环境的影响[2]。
如图6所示蓝色柱状图为ATS进行种晶，橙色，黄色柱状图为没有种晶的对照组。统计了6种蛋白样品，每种蛋白96个液滴中结晶液滴的个数。在另一篇文章中[3]，Roche的科学家采用ATS进行蛋白溶液和各种结晶试剂的转移, 实现30nl体系结晶(如图7)和高通量的结晶条件筛选。
图6：ATS种晶结晶数据
图7：基于ATS移液的溶菌酶30nl 体系结晶
4. 高通量质谱分析：ATS高通量质谱样品点样，效率提高100倍
美国伯克利国家重点实验室，为了优化微生物分解多糖，生产生物燃料的培养条件，建立了基于ATS的高通量质谱分析方法。ATS 从384孔板中，转移1nl的培养基到质谱样品金属板上（如图8），再进行微生物代谢产物的质谱分析。ATS 在2分钟内完成一个点间距为450um，288个点的样品矩阵点样。该方法比人工方法，工作效率提高100多倍[4]。
图8：用ATS进行高通量质谱样品点样
至今，全球前10位的制药公司和众多知名研究机构都采用ATS声波移液技术，应用于高通量药物筛选、结构生物学、分子诊断 、合成生物学、 精准医疗等领域。
参考文献：
[1]High-Throughput RT-PCR for small-molecule screening assays. Curr Protoc Chem Biol. ; 4(1): 49–63. doi:10.1002/9780470559277.ch110204.
[2]Acoustic matrix microseeding: improving protein crystal growth with minimal chemical bias
Acta Cryst. (2010). D66, 568–576
[3] Nanolitre-scale crystallization using acoustic liquid-transfer technology. Acta Cryst. (2012). D68, 893–900
[4]High throughput nanostructure-initiator mass spectrometry screening of microbial growth conditions for maximal β-glucosidase production. Frontiers in Microbiology. December 2013 | Volume 4 | Article 365 | 1
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