拿到 Sunshine,怎么从零搭起来跑实验

操作指南Sunshine 快速开机

拿到 Sunshine,怎么从零搭起来跑实验

刚拆箱的 Sunshine 是六个独立模块,从组装到跑完第一批 LNP 实验共 13 步。先组装硬件和接管,再准备驱动液、在软件里初始化和润洗,最后用 Excel 模板导入实验。

Sunshine 自动化了哪段流程

做核酸递送研发,要把水相(核酸载荷)和有机相(脂质前体)快速混合。混合要在毫秒级的时间尺度里完成,目标是得到粒径均一的脂质纳米颗粒(LNP)。要找到合适的工艺窗口,就得系统地扫流速比(FRR)和总流速(TFR)的组合。手动做既慢,批间也不稳定。

Sunshine 把整条流程自动化:两路反应物先装进进样环。四联注射泵从储液台抽驱动液(通常是 DI 水和乙醇;稀释液另走一路),把反应物推进 Sunny 微流控芯片汇合混合。自动收集器再一管一管接到预设的瓶位里。一次运行可以按 Excel 模板自动跑几十条实验,每条的 FRR / TFR / 稀释比可以不同。装好试剂按 Start,后续步骤由仪器自动执行。

Sunshine 整机外观:左起依次是储液台、两台四联注射泵、自动进样阀和自动收集器。

六个功能模块

Sunshine 由六个独立模块叠在一起。其中储液台和 Sunny 导轨不用电;两台四联注射泵和自动收集器各插一根电源线,自动进样阀由自动收集器背面引出的一根短线供电。这四个带电模块各用一根线接 USB hub。

模块堆叠成最终形态后的位置关系。日常使用只从正面操作。

液流路径概览

接管之前先看清整条液流的路径,后面每根管的两端接哪里,都能从这张图上找到。

Sunshine 流路示意图。驱动液从储液台经四联注射泵推出。它把进样环里预装的水相 / 有机相反应物送进 Sunny 芯片混合,再经三通阀分流到瓶架收集。

跑一条实验的时候液体是这样走的:

第 1 步:模块堆叠

先把六个模块按最终位置摆到台面上,接管时就不必再挪动这些大件。

⚠ 先拆掉自动进样阀的运输螺栓。把自动进样阀放到台面或其它模块上之前,一定要先翻过来拧下底部这对螺栓。未拆螺栓就通电,托盘会卡死并损坏。这对运输螺栓(transit bolts)出厂时锁在底部,从下面固定进样环托盘,防止运输过程中窜动。拆下的螺栓单独放一个袋子收好,以后仪器要搬动还得用回去。

第 2 步:储液台装液

储液台里要放三个瓶子:水相驱动液、有机相驱动液和稀释液。不用稀释功能的话第三瓶可以省掉。每瓶 250 mL。

驱动液负责把进样环里的反应物推到 Sunny 芯片,本身不参与反应。典型组合是 DI 水推水相、乙醇推有机相。稀释液(如缓冲液)不经过进样环,由 Pump 2 直接注入芯片下游。

每个瓶子都这样装:

瓶子和泵通道的对应关系:

第 3 步:装四联注射泵

接下来装两台四联注射泵。每一台都要做同样几件事:塞注射器、把阀体装回去、接上下游的两根管。装好后泵本身就位了,但先不通电,电要等所有硬件都搭完再一起接。

四联注射泵正面:顶部绿色按钮为电源;中间可拆模块为阀体加压力传感器,由手拧螺丝固定;下方两个通道口接注射器对。

从 Pump 1 通道 1A 开始,每个通道都按下面这六步做:

通道 1A 做完,按同样的流程做 1B。吸液管换成 1B 那根,出样管换成标签写着 Pump 2 to Sample Valve 2 的那根。注意这个标签上的 Pump 2 指自动进样阀上的 Valve 2,不是四联注射泵 2。

Pump 1 整台做完,挪到 Pump 2 前面。Pump 2 只装通道 2A 一个通道:吸液管接稀释液瓶,出样管用标号 4D 的那根(不是 3)。出样管另一头先悬着,等第 5 步直接接到 Sunny 芯片的稀释口上。通道 2B 什么都不装,它是手动备用通道,跑标准自动实验用不上。标准实验不用 2B,空置可减少磨损和漏液点。

⚠ 运行方案时不要触碰注射器。泵一开始工作,注射器组件就会上下高速运动。这时伸手去碰注射器或它和泵体的连接位置,很容易夹到手。任何时候想调整什么东西,先回软件把方案停下来。

第 4 步:装进样环和 ASV 接管

这一步先把两个进样环装进自动进样阀顶部的托盘,再接好自动进样阀上下游的几根管。

自动进样阀特写:6 通分配阀、10-32 锥形接头、进样环,以及前面板用于手动注样的 Extended Luer Fitting。

自动进样阀上所有液路接头都是 10-32 锥形接头(PEEK Conical Fitting),而且接头位置是斜着偏角布置的。拧的时候要顺着螺纹角度进,指尖能感觉到密封就停,别加力。拧得过紧会压坏 ferrule,之后就拆不下来。

分配阀两种位置:Fill 位置时泵推液体经进样环流到废液(装样和润洗时使用);Inject 位置时泵推液体经进样环送到 Sunny 芯片(实验运行时使用)。运行时软件自动切换这两个位置,无需手动干预。

第 5 步:装 Sunny 芯片到导轨上

现在装 Sunny 芯片:把芯片夹进顶部接口、接上四根定标管、再把整套挂到 Sunny 导轨上。定标管路套件出厂时已按标准配置预组装好两个部件:线性连接器(Linear Connector,货号 7206043)和顶部接口(Sunny Top Interface,货号 7206095)。

Sunny 490 Trident T 装进顶部接口后的样子。四个接头分别对应两股反应物进样(4A、4B)、一路稀释液(4D)和一路混合产物输出(4E)。

线性连接器上有四个端口,对应四根标好号的定标管:

俯视 Sunny 490 Trident T 的四根流路管:4A 和 4B 从两侧进入,4D 从右侧进入,4E 从顶部离开。

四根管都接好之后,把 Sunny 芯片夹进顶部接口:

最后把整套芯片挂到 Sunny 导轨上:

第 6 步:装收集器三通阀和废液

这一步先接好自动收集器的三通阀,再把所有废液管汇到同一个瓶子里,最后装上收样品的瓶架。

三通阀挂在自动收集器顶部的 X-Y 机械臂上。每条实验的头尾过渡段,它把液体导向废液口;中间稳定段,它把液体导向收集针。底部的收集针出厂已装好,无需调整。

三通阀挂在自动收集器的 X-Y 机械臂上,可随机械臂移动到任意瓶位上方。

三通阀特写:顶口接废液,侧口接 4E 管(来自 Sunny),底部是预装的收集针,下方是装好瓶子的瓶架。

除了三通阀这根废液管之外,还有两路废液也要汇到同一个瓶子里:

自动收集器下方的 Collection Waste 管:从清洗托盘底部的快接接到废液瓶盖的倒钩。

四路废液(三通阀、两路自动进样阀、Collection Waste)全部汇到同一个废液瓶里。

第 7 步:通电和 USB

硬件全部就位后,接电源线和通信线。

组装完成后的 Sunshine:背面电源和 USB 线汇总到仪器后方,正面只剩流路管和储液瓶。

第 8 步:在软件里识别硬件

硬件接好后,打开 Sunny Suite Software 识别硬件,并告诉软件装了什么规格的瓶架、进样环多大。这两个参数必须和实际硬件一致。否则后面 Excel 模板的容量校验过不了,实验就跑不起来。

Devices 面板的自动收集器设置:Rack Type 下拉选实际装入的瓶架规格。

Devices 面板的 ASV 设置:V1 和 V2 Loop Volume 分别对应两个进样环。

设备没出现在 Devices 列表里?先查 USB hub 有没有通电、对应模块正面绿灯有没有亮。再查串口线插稳没有:白色线给两台四联注射泵和自动进样阀,黑色线给自动收集器。三样都正常还是没出现的话,重启 Sunny Suite Software。

第 9 步:系统初始化

Sunshine 每次通电后,第一件事都得跑一遍 System Initialize。它把所有注射器、分配阀和自动收集器的机械臂复位到初始位置。它还会把注射器里的残液全部排空。初始化完成之前,软件不允许运行其它方案。

Protocols 面板里 Sunshine 的三类方案:System Initialize、System Prime 和 Development。橙色锁头是出厂默认方案(只读),绿色锁头是从默认克隆或从 Excel 导入生成的可运行方案。

系统初始化方案的配置页面:左侧 Apparatus 和 Parameters,右侧执行控制区。

⚠ 稀释泵也会被初始化。不管这次实验用不用稀释,初始化都会同时驱动 Pump 2 通道 2A。如果当前流路没有把稀释泵接到 Sunny 芯片上,要先处理稀释泵的出口。启动初始化前,把它(4D 管)临时导到一个废液容器里。否则液体会喷到台面。近期不用稀释功能的话,可以把 2A 的吸液管从瓶中拔出、注射器拆下收好,减少磨损。

第 10 步:首次开机的管路冲洗

这一步只有第一次开机要做。平时日常使用(没换过管路)直接跳到第 11 步。

出厂管路里可能有一点装配过程留下的灰尘。第一次跑实验时,灰尘会被冲进 Sunny 芯片,堵住通道。所以先从顶部接口里取出芯片,让管路下游直接通到废液烧杯。跑一次 Sunshine Prime 把管路冲干净,再把芯片装回去。

第 11 步:装芯片状态下的正式润洗

芯片装回去之后再跑一次 Sunshine Prime。这一次要让整条流路(现在包括芯片)从"有空气"变成"充满液体"。同时把芯片入口附近的气泡冲掉。方案配置和上一步几乎一样,只有一处要改:

方案跑完之后系统就是"干净、充满驱动液、可以马上跑实验"的状态了。

什么时候需要重新跑一次 Prime?第一次开机要跑,仪器闲置超过 24 小时重新启用的时候也要跑。换驱动液要跑两次。先把吸液管从原来的瓶子里拔出来插在空气里,跑一次 Prime 把系统抽成空的。再插到新瓶里跑一次 Prime,把新液灌进来。

第 12 步:跑第一批实验

Initialize 和 Prime 都跑完后,就可以开始跑实验。Sunshine 的实验参数通过一份 Excel 模板导入,不在软件里一条条点。实验矩阵在这份模板里规划,软件也直接用它作为运行输入。整个流程走五个阶段。先从软件导出 Excel 模板,再在 Excel 里依次填 User Inputs 和 Experimental Table。然后把改好的文件导回软件,最后装瓶、按 Start、手动注样。

阶段一:导出 Excel 模板

阶段二:填 User Inputs

User Inputs 标签:选 Sunny 型号、进样环体积、是否使用稀释、冲洗等级、瓶架规格。选完后右侧会自动画出对应的流路配置示意图。

几个关键字段:

填完之后,对照右边自动生成的流路配置示意图,一根管一根管核对过去。和实物接线对不上的,先回头调整接管或修改 User Inputs。都对上了再往下走。

阶段三:填 Experimental Table

Experimental Table 标签:每一行是一条独立实验,定义流速比、总流速、收集体积等参数。M 列 Row Status 实时校验每行合法性。

常用字段:

右边的 Row Status 列会一边填一边校验。VALID 代表这行合法能跑。INVALID 代表超出了系统限制,比如每通道注射泵最大 10 mL/min、进样环剩余体积、瓶子容量之类。EMPTY 表示这行还没填。

INVALID 示例:第 6 行同时违反两个约束。一是总流速要求 Pump 1 以 12,000 µL/min 运行,超过 10,000 µL/min 上限。二是这批实验合计需要 5,100 µL 反应物,超过 5 mL 进样环的容量。

把所有红色行都改到 VALID 之后,另存为一个新文件。从软件里导出来的原始模板是只读的,直接按 Save 会报错。

阶段四:导入 Excel 生成可运行方案

从 Excel 导入得到的方案。Description 显示 Sunny 型号和实验数;Apparatus 与初始化 / 润洗一致;Experimental Table Parameters 里点 View 可翻看每行实验参数。

阶段五:装瓶、启动、手动注样

手动注样有两处易错点:

一是装错 Loop。两个进样环只靠上下位置区分,出厂没有标签。装错会使两相反应物对调,整批实验作废。建议第一次用的时候就在自动进样阀前面板上贴个小标签("上:水相"、"下:有机相")。

二是推得太快。推注射器要平稳匀速,大约 0.5–1 mL/s 的速度。推得太快会在进样环里产生气泡。看到液体从 To Waste 端的废液管开始流出来,就说明进样环已经装满,可以停了。

第 13 步:实验后收尾

一批实验跑完,还有几件事要手动收尾:取瓶、处理废液、清洗、关机。Sunshine 在每条实验之间都会自动用驱动液冲一次 Sunny 和管路,冲多少由 Wash Level 设定。所以跑完时流路已经冲过一轮,收尾时的清洗量不大。

取瓶和处理废液

日常清洗:再跑一次 Prime

日常清洗最简单的做法就是再跑一次 Sunshine Prime,这个方案本身就是清洗方案。它会用当前驱动液把整条湿润流路冲一遍:注射器 → 定标管 → 进样环 → Sunny 芯片 → 三通阀。每次实验跑完都做一次,反应物就不会在管路里停留过夜。Prime 大概会消耗 1.5 倍进样环体积的驱动液,5 mL Loop 大约每瓶消耗 7-8 mL。启动前先看一下储液瓶里余量够不够。

深度清洗:换清洁剂跑 Prime

要是连续几天密集用、或者准备换完全不同体系的反应物之前,建议做一次深度清洗。做法是临时把驱动液换成清洁剂,再跑一次 Prime:

深度清洗之后,记得再用日常驱动液(DI 水 + 乙醇)跑一次 Prime,把清洁剂冲出去。不然下一批实验会被残留的清洁剂污染。

注意一个 Prime 洗不到的地方:自动进样阀前面板的 Luer 接口。这两个手动注样用的接口,自动跑 Prime 不会冲到里面。跑 Prime 之前,先单独用注射器抽溶剂手动冲洗这两个接口。不然手动冲出来的残留会被带回干净的进样环里。

关机和长期不用

Sunshine 没有待机模式。日常关机就是跑完 Prime 之后,用正面的绿色按钮挨个把每个模块关掉,再关闭 Sunny Suite Software。背面的摇杆开关保持原样不要动。

超过一周不用的话,建议倒掉储液瓶里的日常驱动液,换成 20% 乙醇水溶液再跑一次 Prime。这样管路里最后留的就是 20% 乙醇,可以抑制微生物滋生。这个状态下可以放好几个星期。重新启用的时候先跑一次 Prime 把 20% 乙醇换回工作驱动液。

耗材更换周期

部件:推荐更换周期

定标管路(Calibrated Tubing):3-6 个月

进样环(Sample Loop):3-6 个月

Sunny 芯片:可重复使用,堵塞时按「Sunny 疏通」处理

注射器对(Syringe Pair):6-12 个月

压力传感器密封圈:12 个月

四联注射泵阀体 / 压力传感器:12-24 个月

Unchained Labs 建议每年安排一次预防性维护(PM,货号 7206150)现场服务。服务时会把系统性能校一遍,顺便把该换的耗材补齐。

常见问题速查

Sunny 芯片堵塞的专项处理

跑实验时出现过压报警(overpressure error),最常见的原因是 Sunny 芯片的混合结被堵住了。先试一下低速 Prime(Slow 档跑一次),多数情况下就能恢复。还堵的话就要手动反冲:

上面没覆盖到的故障,联系 Unchained Labs 技术支持:support@unchainedlabs.com。