دستگاه PCR|آیا واقعا متوجه شدید؟

فناوری PCR برنده جایزه نوبل

در سال 1993 دانشمند آمریکایی مولیس جایزه نوبل شیمی را دریافت کرد و دستاورد او اختراع فناوری PCR بود.جادوی فناوری PCR در ویژگی های زیر است: اولاً، مقدار DNA برای تقویت بسیار کم است و از نظر تئوری می توان از یک مولکول برای تقویت استفاده کرد.ثانیا، راندمان تقویت بالا است و مقدار ژن هدف نمایی است.تقویت، بیش از 10 میلیون بار در چند ساعت.در حال حاضر ابزار PCR به طور گسترده در تحقیقات علوم زیستی و بسیاری از جنبه های دیگر استفاده شده است.

مدل‌ها و تولیدکنندگان سیکل‌های حرارتی مختلف ممکن است عملکرد و تکرارپذیری متفاوتی از خود نشان دهند.این تفاوت ها نه تنها بر کارایی PCR بلکه بر دقت و سازگاری داده های به دست آمده نیز تأثیر می گذارد.درک ویژگی های دستگاه PCR می تواند به ما کمک کند تا موفقیت آزمایش های خود را به حداکثر برسانیم.

ماژول گرمایش

دقت دمای سیکلر حرارتی می تواند برای موفقیت یا شکست PCR تعیین کننده باشد.ثبات دمای خوب به چاه در بلوک گرمایش نیز برای به دست آوردن نتایج PCR قابل اعتماد و قابل تکرار بسیار مهم است.

یکی از راه‌های اطمینان از دقت حرارتی، آزمایش مکرر با استفاده از کیت‌های تأیید دما و کالیبراسیون مجدد در صورت نیاز توسط یک متخصص آموزش‌دیده است.آزمایش های تأیید دما معمولاً برای موارد زیر استفاده می شود:

دقت خوب به چاه نسبت به دمای تنظیم شده در حالت همدما

دقت خوب به چاه نسبت به دمای تنظیم شده پس از تبدیل دما

دقت دمای درب حرارتی

کنترل دمای بازپخت پرایمر

کنترل دمای گرادیان تابعی از ابزار PCR است که بهینه سازی بازپخت پرایمر در PCR را تسهیل می کند.هدف از تنظیم گرادیان دستیابی به دماهای متفاوت بین ماژول ها است و با افزایش و کاهش ≥2 درجه سانتی گراد بین هر ستون، دماهای مختلف را می توان به طور همزمان آزمایش کرد تا دمای بهینه بازپخت پرایمر به دست آید.از نظر تئوری، یک گرادیان واقعی به دمای خطی بین ماژول ها می رسد.

با این حال، سیکل‌های حرارتی گرادیان معمولی معمولاً از یک بلوک حرارتی واحد استفاده می‌کنند و دما را از طریق دو عنصر گرمایشی و سرمایشی که در دو انتها قرار دارند، کنترل می‌کنند که اغلب منجر به محدودیت‌های زیر می‌شود:

فقط دو دما را می توان تنظیم کرد: دمای بالا و پایین برای بازپخت پرایمر در هر دو انتهای ماژول حرارتی تنظیم می شود و تنظیم دقیق دماهای دیگر بین مدول قابل دستیابی نیست.

با توجه به تبادل حرارت بین ستون‌های مختلف، دمای بین نواحی مختلف روی ماژول به احتمال زیاد از یک منحنی سیگموئیدی پیروی می‌کند تا یک گرادیان خطی واقعی.

دمای نمونه

توانایی سیکلر حرارتی برای کنترل دمای نمونه برای دقت نتایج PCR بسیار مهم است.پارامترهای خاص ابزار مانند نرخ های شیب دار، زمان نگهداری و الگوریتم ها برای پیش بینی دمای نمونه حیاتی هستند.

سرعت گرمایش و خنک شدن دستگاه PCR به این معنی است که دما بین مراحل PCR که در یک دوره زمانی مشخص اتفاق می افتد تغییر می کند.از آنجایی که مدت زمان مشخصی برای انتقال گرما از ماژول به نمونه طول می کشد، سرعت گرمایش و سرمایش واقعی نمونه کندتر خواهد بود.بنابراین، تعریف سرعت تغییر دما نیاز به تفکیک و درک دارد.

حداکثر یا پیک نرخ رمپ ماژول نشان دهنده سریعترین تغییر دمایی است که ماژول می تواند در مدت زمان بسیار کمی در طول رمپ به دست آورد.

متوسط ​​نرخ رمپ بلوک نشان دهنده نرخ تغییر دما در یک دوره زمانی طولانی تر است و معیاری نماینده تر از سرعت دستگاه PCR ارائه می دهد.

حداکثر سرعت گرمایش و سرمایش نمونه و متوسط ​​نرخ گرمایش و سرمایش نمونه منعکس کننده دمای واقعی به دست آمده توسط نمونه است.سرعت گرمایش و سرمایش نمونه مقایسه دقیق تری از عملکرد دستگاه PCR و تأثیر بالقوه آن بر نتایج PCR ارائه می دهد.

هنگام انجام جایگزینی سیکلر، توصیه می شود از ابزاری با برنامه سرعت شیب دار استفاده کنید که حالت قبلی را برای جایگزینی آسان تر و کمترین تأثیر بر تکرارپذیری PCR شبیه سازی می کند.

سیکلر حرارتی باید طوری طراحی شود که مراحل را فقط پس از رسیدن نمونه به دمای تنظیم شده زمان بندی کند.به این ترتیب، زمانی که نمونه در دمای تنظیم شده نگهداری می شود، با شرایط سیکل مربوطه مورد نیاز در روش عملیاتی، با دقت بیشتری حفظ می شود.

سیکلرهای حرارتی اغلب از الگوریتم‌های پیچیده ریاضی استفاده می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند که نمونه‌ها می‌توانند به سرعت به دمای تنظیم شده بر اساس یک برنامه از پیش تعیین شده برسند.بر اساس حجم سیستم واکنش و ضخامت پلاستیک های PCR استفاده شده، الگوریتم می تواند دمای نمونه و زمان رسیدن به دمای تنظیم شده را پیش بینی کند.با تکیه بر این الگوریتم‌ها، در طی فرآیند گرمایش یا سرمایش سیکلر حرارتی، دمای بلوک معمولاً از مقدار تنظیم شده از طریق فرآیندی به نام بیش از حد بلوک حرارتی یا زیرشافت فراتر می‌رود.چنین تنظیمی تضمین می‌کند که نمونه در سریع‌ترین زمان ممکن به دمای تنظیم‌شده می‌رسد، بدون اینکه بیش از حد یا کمتر از خود عکس بگیرد.

توان عملیاتی

عواملی که می توانند بازده یک سیکلر حرارتی را افزایش دهند عبارتند از: نرخ رمپ، تنظیمات بلوک حرارتی و یکپارچه سازی پلت فرم های اتوماسیون.

نرخ گرمایش و سرمایش سیکلر حرارتی نشان دهنده سرعتی است که در آن به دمای تنظیم شده می رسد.هرچه افزایش و کاهش دما سریعتر باشد، PCR سریعتر اجرا می شود، به این معنی که آزمایش های بیشتری را می توان در یک دوره زمانی مشخص تکمیل کرد.علاوه بر این، آزمایش‌ها را می‌توان با استفاده از DNA پلیمرازهای سریع‌تر تسریع کرد.

طراحی ماژول سیکلر حرارتی نیز برای آزمایشات PCR بسیار مهم است.به عنوان مثال، ماژول های قابل تعویض امکان انعطاف پذیری در تعداد نمونه ها در هر اجرا را فراهم می کند.علاوه بر این، ماژول های گرمایش با ماژول های قابل کنترل جداگانه برای اجرای برنامه های مختلف PCR به طور همزمان روی یک سیکلر حرارتی ایده آل هستند.

برای PCR خودکار با توان بالا، نرم افزاری که سیستم مدیریت پیپت را کنترل می کند باید قابل برنامه ریزی و سازگار باشد.سیستم‌های خودکار برای انجام واکنش‌های PCR با توان عملیاتی بالا ایده‌آل هستند، زیرا می‌توانند به طور مداوم با دخالت کمی انسان اجرا شوند، در نتیجه زمان مورد نیاز برای تنظیم آزمایشی دستی را به حداقل می‌رسانند و تعداد واکنش‌ها را در یک دوره زمانی معین افزایش می‌دهند.

قابلیت اطمینان، دوام و تضمین کیفیت سیکل های حرارتی

علاوه بر عملکرد و قابلیت‌های توان عملیاتی، دستگاه PCR باید بتواند در برابر استفاده مکرر خاص، استرس محیطی و شرایط حمل و نقل مقاومت کند.برخی از سازندگان ممکن است در مورد نحوه انجام تست های قابلیت اطمینان و دوام دستگاه گزارش دهند.تشخیص ابزار PCR مربوطه شامل موارد زیر است:

قابلیت اطمینان: دکل‌های مکانیکی برای انجام آزمایش‌های مکرر بر روی اجزای ابزار پرکاربرد مانند درب‌های حرارتی، پانل‌های کنترل/صفحه‌های لمسی و ماژول‌های چرخه دما استفاده می‌شوند.

فشار محیط: محفظه های محیطی را می توان برای شبیه سازی شرایط مختلف آزمایش های معمول مانند دما، رطوبت استفاده کرد.

تست حمل و نقل: تست شوک و ارتعاش شدید را می توان طبق استانداردهای انجمن بین المللی حمل و نقل ایمنی انجام داد تا اطمینان حاصل شود که ابزار می تواند در شرایط عملیاتی آسیب ندیده برسد.

گارانتی و خدمات نگهداری دستگاه PCR

علی‌رغم آزمایش‌های دقیق قابلیت اطمینان و دوام، سیکل‌های حرارتی به ناچار مشکلات فنی در طول عمر ابزار دارند.برای آسودگی خاطر، هنگام خرید ابزار باید گارانتی، سرویس و نگهداری سازنده را در نظر گرفت.

انعطاف پذیری خدماتی مانند تعمیر و نگهداری در محل/بازگشت به کارخانه، خدمات نظارت از راه دور، و ابزار جایگزین در فرآیند تعمیر و نگهداری و غیره، برای کاهش تاثیر بر راندمان کار.

طول دوره گارانتی، زمان انجام خدمات، دسترسی به پشتیبانی فنی و مهارت های پرسنل پشتیبانی حرفه ای.

امکان سنجی نصب، بهره برداری، همکاری و تایید ابزار برای برآوردن الزامات آزمایشگاهی و مقررات مربوطه.خدمات تعمیر و نگهداری مانند تأیید دما، آزمایش و کالیبراسیون برای اطمینان از عملکرد صحیح دستگاه با پارامترهای مربوطه در دسترس هستند.

محصولات مرتبط: