Intégration Opentrons

Aperçu

Opentrons est une plateforme d'automatisation de laboratoire basée sur Python pour les robots Flex et OT-2. Écrivez des protocoles Protocol API v2 pour la manipulation de liquides, contrôlez les modules matériels (heater-shaker, thermocycler), gérez les labwares pour des workflows de pipetage automatisés.

Quand utiliser cette skill

Cette skill doit être utilisée quand :

• Vous écrivez des protocoles Opentrons Protocol API v2 en Python
• Vous automatisez des workflows de manipulation de liquides sur les robots Flex ou OT-2
• Vous contrôlez des modules matériels (température, magnétique, heater-shaker, thermocycler)
• Vous configurez des configurations de labware et des dispositions de deck
• Vous implémentez des opérations de pipetage complexes (dilutions en série, réplication de plaques, setup PCR)
• Vous gérez l'utilisation de pointes et optimisez l'efficacité du protocole
• Vous travaillez avec des pipettes multi-canaux pour des opérations sur plaques 96 puits
• Vous simulez et testez les protocoles avant l'exécution sur le robot

Capacités principales

1. Structure du protocole et métadonnées

Chaque protocole Opentrons suit une structure standard :

from opentrons import protocol_api

# Metadata
metadata = {
    'protocolName': 'My Protocol',
    'author': 'Name <email@example.com>',
    'description': 'Protocol description',
    'apiLevel': '2.19'  # Use latest available API version
}

# Requirements (optional)
requirements = {
    'robotType': 'Flex',  # or 'OT-2'
    'apiLevel': '2.19'
}

# Run function
def run(protocol: protocol_api.ProtocolContext):
    # Protocol commands go here
    pass

Éléments clés :

• Importez protocol_api depuis opentrons
• Définissez le dictionnaire metadata avec protocolName, author, description, apiLevel
• Dictionnaire requirements optionnel pour le type de robot et la version API
• Implémentez la fonction run() recevant ProtocolContext comme paramètre
• Toute la logique du protocole se trouve à l'intérieur de la fonction run()

2. Chargement du matériel

Chargement des instruments (pipettes) :

def run(protocol: protocol_api.ProtocolContext):
    # Load pipette on specific mount
    left_pipette = protocol.load_instrument(
        'p1000_single_flex',  # Instrument name
        'left',               # Mount: 'left' or 'right'
        tip_racks=[tip_rack]  # List of tip rack labware objects
    )

Noms courants de pipettes :

• Flex : p50_single_flex, p1000_single_flex, p50_multi_flex, p1000_multi_flex
• OT-2 : p20_single_gen2, p300_single_gen2, p1000_single_gen2, p20_multi_gen2, p300_multi_gen2

Chargement de labwares :

# Load labware directly on deck
plate = protocol.load_labware(
    'corning_96_wellplate_360ul_flat',  # Labware API name
    'D1',                                # Deck slot (Flex: A1-D3, OT-2: 1-11)
    label='Sample Plate'                 # Optional display label
)

# Load tip rack
tip_rack = protocol.load_labware('opentrons_flex_96_tiprack_1000ul', 'C1')

# Load labware on adapter
adapter = protocol.load_adapter('opentrons_flex_96_tiprack_adapter', 'B1')
tips = adapter.load_labware('opentrons_flex_96_tiprack_200ul')

Chargement des modules :

# Temperature module
temp_module = protocol.load_module('temperature module gen2', 'D3')
temp_plate = temp_module.load_labware('corning_96_wellplate_360ul_flat')

# Magnetic module
mag_module = protocol.load_module('magnetic module gen2', 'C2')
mag_plate = mag_module.load_labware('nest_96_wellplate_100ul_pcr_full_skirt')

# Heater-Shaker module
hs_module = protocol.load_module('heaterShakerModuleV1', 'D1')
hs_plate = hs_module.load_labware('corning_96_wellplate_360ul_flat')

# Thermocycler module (takes up specific slots automatically)
tc_module = protocol.load_module('thermocyclerModuleV2')
tc_plate = tc_module.load_labware('nest_96_wellplate_100ul_pcr_full_skirt')

3. Opérations de manipulation de liquides

Opérations basiques :

# Pick up tip
pipette.pick_up_tip()

# Aspirate (draw liquid in)
pipette.aspirate(
    volume=100,           # Volume in µL
    location=source['A1'] # Well or location object
)

# Dispense (expel liquid)
pipette.dispense(
    volume=100,
    location=dest['B1']
)

# Drop tip
pipette.drop_tip()

# Return tip to rack
pipette.return_tip()

Opérations complexes :

# Transfer (combines pick_up, aspirate, dispense, drop_tip)
pipette.transfer(
    volume=100,
    source=source_plate['A1'],
    dest=dest_plate['B1'],
    new_tip='always'  # 'always', 'once', or 'never'
)

# Distribute (one source to multiple destinations)
pipette.distribute(
    volume=50,
    source=reservoir['A1'],
    dest=[plate['A1'], plate['A2'], plate['A3']],
    new_tip='once'
)

# Consolidate (multiple sources to one destination)
pipette.consolidate(
    volume=50,
    source=[plate['A1'], plate['A2'], plate['A3']],
    dest=reservoir['A1'],
    new_tip='once'
)

Techniques avancées :

# Mix (aspirate and dispense in same location)
pipette.mix(
    repetitions=3,
    volume=50,
    location=plate['A1']
)

# Air gap (prevent dripping)
pipette.aspirate(100, source['A1'])
pipette.air_gap(20)  # 20µL air gap
pipette.dispense(120, dest['A1'])

# Blow out (expel remaining liquid)
pipette.blow_out(location=dest['A1'].top())

# Touch tip (remove droplets on tip exterior)
pipette.touch_tip(location=plate['A1'])

Contrôle du débit :

# Set flow rates (µL/s)
pipette.flow_rate.aspirate = 150
pipette.flow_rate.dispense = 300
pipette.flow_rate.blow_out = 400

4. Accès aux puits et aux emplacements

Méthodes d'accès aux puits :

# By name
well_a1 = plate['A1']

# By index
first_well = plate.wells()[0]

# All wells
all_wells = plate.wells()  # Returns list

# By rows
rows = plate.rows()  # Returns list of lists
row_a = plate.rows()[0]  # All wells in row A

# By columns
columns = plate.columns()  # Returns list of lists
column_1 = plate.columns()[0]  # All wells in column 1

# Wells by name (dictionary)
wells_dict = plate.wells_by_name()  # {'A1': Well, 'A2': Well, ...}

Méthodes d'emplacement :

# Top of well (default: 1mm below top)
pipette.aspirate(100, well.top())
pipette.aspirate(100, well.top(z=5))  # 5mm above top

# Bottom of well (default: 1mm above bottom)
pipette.aspirate(100, well.bottom())
pipette.aspirate(100, well.bottom(z=2))  # 2mm above bottom

# Center of well
pipette.aspirate(100, well.center())

5. Contrôle des modules matériels

Module de température :

# Set temperature
temp_module.set_temperature(celsius=4)

# Wait for temperature
temp_module.await_temperature(celsius=4)

# Deactivate
temp_module.deactivate()

# Check status
current_temp = temp_module.temperature  # Current temperature
target_temp = temp_module.target  # Target temperature

Module magnétique :

# Engage (raise magnets)
mag_module.engage(height_from_base=10)  # mm from labware base

# Disengage (lower magnets)
mag_module.disengage()

# Check status
is_engaged = mag_module.status  # 'engaged' or 'disengaged'

Module Heater-Shaker :

# Set temperature
hs_module.set_target_temperature(celsius=37)

# Wait for temperature
hs_module.wait_for_temperature()

# Set shake speed
hs_module.set_and_wait_for_shake_speed(rpm=500)

# Close labware latch
hs_module.close_labware_latch()

# Open labware latch
hs_module.open_labware_latch()

# Deactivate heater
hs_module.deactivate_heater()

# Deactivate shaker
hs_module.deactivate_shaker()

Module Thermocycler :

# Open lid
tc_module.open_lid()

# Close lid
tc_module.close_lid()

# Set lid temperature
tc_module.set_lid_temperature(celsius=105)

# Set block temperature
tc_module.set_block_temperature(
    temperature=95,
    hold_time_seconds=30,
    hold_time_minutes=0.5,
    block_max_volume=50  # µL per well
)

# Execute profile (PCR cycling)
profile = [
    {'temperature': 95, 'hold_time_seconds': 30},
    {'temperature': 57, 'hold_time_seconds': 30},
    {'temperature': 72, 'hold_time_seconds': 60}
]
tc_module.execute_profile(
    steps=profile,
    repetitions=30,
    block_max_volume=50
)

# Deactivate
tc_module.deactivate_lid()
tc_module.deactivate_block()

Lecteur de plaque d'absorbance :

# Initialize and read
result = plate_reader.read(wavelengths=[450, 650])

# Access readings
absorbance_data = result  # Dict with wavelength keys

6. Suivi des liquides et étiquetage

Définir les liquides :

# Define liquid types
water = protocol.define_liquid(
    name='Water',
    description='Ultrapure water',
    display_color='#0000FF'  # Hex color code
)

sample = protocol.define_liquid(
    name='Sample',
    description='Cell lysate sample',
    display_color='#FF0000'
)

Charger les liquides dans les puits :

# Load liquid into specific wells
reservoir['A1'].load_liquid(liquid=water, volume=50000)  # µL
plate['A1'].load_liquid(liquid=sample, volume=100)

# Mark wells as empty
plate['B1'].load_empty()

7. Contrôle du protocole et utilitaires

Contrôle de l'exécution :

# Pause protocol
protocol.pause(msg='Replace tip box and resume')

# Delay
protocol.delay(seconds=60)
protocol.delay(minutes=5)

# Comment (appears in logs)
protocol.comment('Starting serial dilution')

# Home robot
protocol.home()

Logique conditionnelle :

# Check if simulating
if protocol.is_simulating():
    protocol.comment('Running in simulation mode')
else:
    protocol.comment('Running on actual robot')

Lights des rails (Flex seulement) :

# Turn lights on
protocol.set_rail_lights(on=True)

# Turn lights off
protocol.set_rail_lights(on=False)

8. Pipetage multi-canaux et 8 canaux

Lors de l'utilisation de pipettes multi-canaux :

# Load 8-channel pipette
multi_pipette = protocol.load_instrument(
    'p300_multi_gen2',
    'left',
    tip_racks=[tips]
)

# Access entire column with single well reference
multi_pipette.transfer(
    volume=100,
    source=source_plate['A1'],  # Accesses entire column 1
    dest=dest_plate['A1']       # Dispenses to entire column 1
)

# Use rows() for row-wise operations
for row in plate.rows():
    multi_pipette.transfer(100, reservoir['A1'], row[0])

9. Motifs courants de protocole

Dilution en série :

def run(protocol: protocol_api.ProtocolContext):
    # Load labware
    tips = protocol.load_labware('opentrons_flex_96_tiprack_200ul', 'D1')
    reservoir = protocol.load_labware('nest_12_reservoir_15ml', 'D2')
    plate = protocol.load_labware('corning_96_wellplate_360ul_flat', 'D3')

    # Load pipette
    p300 = protocol.load_instrument('p300_single_flex', 'left', tip_racks=[tips])

    # Add diluent to all wells except first
    p300.transfer(100, reservoir['A1'], plate.rows()[0][1:])

    # Serial dilution across row
    p300.transfer(
        100,
        plate.rows()[0][:11],  # Source: wells 0-10
        plate.rows()[0][1:],   # Dest: wells 1-11
        mix_after=(3, 50),     # Mix 3x with 50µL after dispense
        new_tip='always'
    )

Réplication de plaque :

def run(protocol: protocol_api.ProtocolContext):
    # Load labware
    tips = protocol.load_labware('opentrons_flex_96_tiprack_1000ul', 'C1')
    source = protocol.load_labware('corning_96_wellplate_360ul_flat', 'D1')
    dest = protocol.load_labware('corning_96_wellplate_360ul_flat', 'D2')

    # Load pipette
    p1000 = protocol.load_instrument('p1000_single_flex', 'left', tip_racks=[tips])

    # Transfer from all wells in source to dest
    p1000.transfer(
        100,
        source.wells(),
        dest.wells(),
        new_tip='always'
    )

Setup PCR :

def run(protocol: protocol_api.ProtocolContext):
    # Load thermocycler
    tc_mod = protocol.load_module('thermocyclerModuleV2')
    tc_plate = tc_mod.load_labware('nest_96_wellplate_100ul_pcr_full_skirt')

    # Load tips and reagents
    tips = protocol.load_labware('opentrons_flex_96_tiprack_200ul', 'C1')
    reagents = protocol.load_labware('opentrons_24_tuberack_nest_1.5ml_snapcap', 'D1')

    # Load pipette
    p300 = protocol.load_instrument('p300_single_flex', 'left', tip_racks=[tips])

    # Open thermocycler lid
    tc_mod.open_lid()

    # Distribute master mix
    p300.distribute(
        20,
        reagents['A1'],
        tc_plate.wells(),
        new_tip='once'
    )

    # Add samples (example for first 8 wells)
    for i, well in enumerate(tc_plate.wells()[:8]):
        p300.transfer(5, reagents.wells()[i+1], well, new_tip='always')

    # Run PCR
    tc_mod.close_lid()
    tc_mod.set_lid_temperature(105)

    # PCR profile
    tc_mod.set_block_temperature(95, hold_time_seconds=180)

    profile = [
        {'temperature': 95, 'hold_time_seconds': 15},
        {'temperature': 60, 'hold_time_seconds': 30},
        {'temperature': 72, 'hold_time_seconds': 30}
    ]
    tc_mod.execute_profile(steps=profile, repetitions=35, block_max_volume=25)

    tc_mod.set_block_temperature(72, hold_time_minutes=5)
    tc_mod.set_block_temperature(4)

    tc_mod.deactivate_lid()
    tc_mod.open_lid()

Bonnes pratiques

1. Toujours spécifier le niveau API : Utilisez la dernière version stable d'API dans les métadonnées
2. Utiliser des étiquettes significatives : Étiquetez les labwares pour une identification plus facile dans les logs
3. Vérifier la disponibilité des pointes : Assurez-vous d'avoir suffisamment de pointes pour la réalisation du protocole
4. Ajouter des commentaires : Utilisez protocol.comment() pour le débogage et la journalisation
5. Simuler en premier : Testez toujours les protocoles en simulation avant de les exécuter sur le robot
6. Gérer les erreurs avec élégance : Ajoutez des pauses pour l'intervention manuelle si nécessaire
7. Considérer le timing : Utilisez des délais lorsque les protocoles nécessitent des périodes d'incubation
8. Suivre les liquides : Utilisez le suivi des liquides pour une meilleure validation de la configuration
9. Optimiser l'utilisation des pointes : Utilisez new_tip='once' le cas échéant pour économiser les pointes
10. Contrôler les débits : Ajustez les débits pour les liquides visqueux ou volatiles

Dépannage

Problèmes courants :

• Manque de pointes : Vérifiez que la capacité du support de pointes correspond aux exigences du protocole
• Collisions de labware : Vérifiez la disposition du deck pour détecter les conflits spatiaux
• Erreurs de volume : Assurez-vous que les volumes ne dépassent pas les capacités des puits ou des pipettes
• Module ne réagissant pas : Vérifiez que le module est correctement connecté et que le firmware est à jour
• Volumes imprécis : Étalonnez les pipettes et vérifiez les bulles d'air
• Le protocole échoue en simulation : Vérifiez la compatibilité de la version API et les définitions de labware

Ressources

Pour une documentation API détaillée, consultez references/api_reference.md dans le répertoire de cette skill.

Pour des exemples de modèles de protocoles, consultez le répertoire scripts/.