מכונת PCR|האם אתה באמת מבין?

טכנולוגיית PCR זוכת פרס נובל

בשנת 1993 קיבל המדען האמריקני מוליס את פרס נובל בכימיה, והשג שלו היה המצאת טכנולוגיית PCR.הקסם של טכנולוגיית PCR הוא במאפיינים הבאים: ראשית, כמות ה-DNA שיש להגביר קטנה ביותר, ותיאורטית ניתן להשתמש במולקולה אחת להגברה;שנית, יעילות ההגברה גבוהה, וכמות גן המטרה היא אקספוננציאלית.הגברה, יותר מ-10 מיליון פעמים בכמה שעות.כעת נעשה שימוש נרחב במכשיר ה-PCR במחקר מדעי החיים ובהיבטים רבים אחרים.

דגמים ויצרנים שונים של אופניים תרמיים עשויים להפגין ביצועים וחזרה שונים.הבדלים אלה משפיעים לא רק על יעילות ה-PCR אלא גם על הדיוק והעקביות של הנתונים המתקבלים.הבנת תכונות מכונת PCR יכולה לעזור לנו למקסם את הצלחת הניסויים שלנו.

מודול חימום

הדיוק של הטמפרטורה של המחזור התרמי יכול להיות מכריע להצלחה או כישלון של PCR.עקביות טמפרטורת בין טוב לבאר על בלוק החימום היא גם קריטית להשגת תוצאות PCR אמינות וניתנות לשחזור.

אחת הדרכים להבטיח דיוק תרמי היא בדיקה תכופה באמצעות ערכות אימות טמפרטורה וכיול מחדש לפי הצורך על ידי איש מקצוע מיומן.בדיקות אימות טמפרטורה משמשות בדרך כלל ל:

דיוק מבאר לבאר ביחס לטמפרטורה שנקבעה במצב איזותרמי

דיוק מבאר לבאר ביחס לטמפרטורה שנקבעה לאחר המרת הטמפרטורה

דיוק טמפרטורת מכסה חום

בקרת טמפרטורת חישול פריימר

בקרת טמפרטורת גרדיאנט היא פונקציה של מכשיר ה-PCR המאפשרת את האופטימיזציה של חישול פריימר ב-PCR.מטרת הגדרת הגרדיאנט היא להשיג טמפרטורות משתנות בין מודולים, ובעלייה וירידה של ≥2°C בין כל עמודה, ניתן לבדוק טמפרטורות שונות בו-זמנית כדי להשיג את טמפרטורת החישול האופטימלית של פריימר.תיאורטית, שיפוע אמיתי משיג טמפרטורה ליניארית בין מודולים.

עם זאת, מחזורי תרמית שיפוע קונבנציונליים מעסיקים בדרך כלל בלוק תרמי יחיד ובקרה על הטמפרטורה באמצעות שני גופי חימום וקירור הממוקמים בשני הקצוות, מה שגורם לרוב למגבלות הבאות:

ניתן להגדיר רק שתי טמפרטורות: הטמפרטורות הגבוהות והנמוכות עבור חישול פריימר נקבעות בשני הקצוות של המודול התרמי, ולא ניתן להשיג הגדרה מדויקת של טמפרטורות אחרות בין מודול

בשל חילופי החום בין העמודות השונות, סביר יותר שהטמפרטורה בין אזורים שונים במודול תעקוב אחרי עקומה סיגמואידית ולא על שיפוע ליניארי אמיתי.

טמפרטורה לדוגמה

היכולת של המחזור התרמי לשלוט על טמפרטורת הדגימה חשובה מאוד לדיוק תוצאות ה-PCR.פרמטרים ספציפיים למכשיר כגון קצבי רמפה, זמני החזקה ואלגוריתמים הם קריטיים לחיזוי טמפרטורת המדגם.

קצב החימום והקירור של מכונת ה-PCR פירושו שהטמפרטורה משתנה בין שלבי PCR המתרחשים על פני פרק זמן מסוים.מכיוון שלוקח זמן מסוים לחום לעבור מהמודול לדגימה, קצב החימום והקירור בפועל של הדגימה יהיה איטי יותר.לכן, יש להבחין ולהבין את ההגדרה של מהירות שינוי הטמפרטורה.

קצב הרמפה המרבי או שיא המודול מייצג את שינוי הטמפרטורה המהיר ביותר שהמודול יכול להשיג על פני פרק זמן קטן מאוד במהלך הרמפה.

קצב הרמפה הממוצע של הבלוק מייצג את קצב שינוי הטמפרטורה על פני פרק זמן ארוך יותר ויספק מדד מייצג יותר של מהירות מכונת ה-PCR.

קצב החימום והקירור המרבי של המדגם וקצב החימום והקירור הממוצע של המדגם משקפים את הטמפרטורה בפועל שהתקבלה על ידי המדגם.קצב החימום והקירור של המדגם יספק השוואה מדויקת יותר של הביצועים של מכונת ה-PCR והשפעתה הפוטנציאלית על תוצאות ה-PCR.

בעת ביצוע החלפת מחזור, מומלץ להשתמש במכשיר עם תוכנית קצב רמפה המדמה את המצב הקודם להחלפה קלה יותר והשפעה מינימלית על חזרתיות PCR.

יש לתכנן את המחזור התרמי לתזמן שלבים רק לאחר שהדגימה מגיעה לטמפרטורה שנקבעה.בדרך זו, הזמן שבו המדגם נשמר בטמפרטורה שנקבעה יישמר בצורה מדויקת יותר עם תנאי המחזור המתאימים הנדרשים בהליך ההפעלה.

מחזורי תרמית משתמשים לרוב באלגוריתמים מתמטיים מורכבים כדי להבטיח שדגימות יכולות להגיע במהירות לטמפרטורה מוגדרת בהתאם לתוכנית מוגדרת מראש.בהתבסס על נפח מערכת התגובה ועובי פלסטיק ה-PCR המשמש, האלגוריתם יכול לחזות את הטמפרטורה של הדגימה ואת הזמן שייקח להגיע לטמפרטורה שנקבעה.בהסתמך על אלגוריתמים אלו, במהלך תהליך החימום או הקירור של המחזור התרמי, טמפרטורת הבלוק בדרך כלל תעלה על הערך שנקבע באמצעות תהליך הנקרא יתר או תת-חסימה של בלוק תרמי.הגדרה כזו מבטיחה שהדגימה תגיע לטמפרטורה שנקבעה במהירות האפשרית מבלי לחרוג מעצמה.

תפוקה נסיונית

גורמים שיכולים להגדיל את התפוקה של מחזור תרמי כוללים קצבי רמפה, תצורות בלוקים תרמיים ושילוב של פלטפורמות אוטומציה.

קצב החימום והקירור של המחזור התרמי מייצג את המהירות שבה הוא מגיע לטמפרטורה שנקבעה.ככל שעליית הטמפרטורה והירידה מהירה יותר, כך ה-PCR יפעל מהר יותר, מה שאומר שניתן להשלים יותר ניסויים בפרק זמן נתון.בנוסף, ניתן להאיץ ניסויים על ידי שימוש בפולימראזות DNA מהירים יותר.

העיצוב של מודול המחזור התרמי הוא קריטי גם עבור ניסויי PCR.לדוגמה, מודולים הניתנים להחלפה מאפשרים גמישות במספר הדגימות בכל הפעלה.בנוסף, מודולי חימום עם מודולים הניתנים לשליטה בנפרד הם אידיאליים להפעלת תוכניות PCR שונות בו-זמנית על מחזור תרמי אחד.

עבור PCR אוטומטי בתפוקה גבוהה, התוכנה השולטת במערכת הטיפול בפיפטציה צריכה להיות ניתנת לתכנות ותואמת.מערכות אוטומטיות הן אידיאליות לביצוע תגובות PCR בתפוקה גבוהה מכיוון שניתן להפעיל אותן ברציפות עם מעט התערבות אנושית, ובכך למזער את הזמן הנדרש להגדרה ניסיוני ידנית ולהגדיל את מספר התגובות בפרק זמן נתון.

אמינות, עמידות והבטחת איכות של מחזורי תרמית

בנוסף ליכולות הביצועים והתפוקה, מכונת ה-PCR אמורה להיות מסוגלת לעמוד גם בשימוש חוזר, מתח סביבתי ותנאי משלוח.יצרנים מסוימים עשויים לדווח על האופן שבו המכשיר מבצע בדיקות אמינות ועמידות.זיהוי מכשיר ה-PCR המתאים כולל:

אמינות: אסדות מכניות משמשות לביצוע בדיקות חוזרות ונשנות על רכיבי מכשיר בשימוש תכוף כגון מכסים תרמיים, לוחות בקרה/מסכי מגע ומודול רכיבי טמפרטורה.

לחץ סביבתי: ניתן להשתמש בתאי סביבה כדי לדמות תנאים שונים של ניסויים שגרתיים, כגון טמפרטורה, לחות.

בדיקות משלוח: ניתן לבצע בדיקות זעזועים ורטט אינטנסיביים על פי תקני ה-International Safety Shipping Association כדי להבטיח שהמכשיר יכול להגיע בתנאי הפעלה ללא פגע.

אחריות ושירות לתחזוקת מכונת ה-PCR

למרות בדיקות אמינות ועמידות קפדניות, לאופניים תרמיים יש בהכרח בעיות טכניות לאורך חיי המכשיר.לשקט נפשי, יש לקחת בחשבון את האחריות, השירות והתחזוקה של היצרן בעת ​​רכישת מכשיר.

הגמישות של שירותים כגון תחזוקה במקום/חזרה למפעל, שירותי ניטור מרחוק ומכשירים החלפת בתהליך התחזוקה וכד' להפחתת ההשפעה על יעילות העבודה.

משך תקופת האחריות, זמן אספקת השירות, נגישות התמיכה הטכנית וכישורי אנשי תמיכה מקצועיים.

היתכנות של התקנת מכשיר, תפעול, שיתוף פעולה ואימות כדי לעמוד בדרישות הרגולטוריות הקשורות במעבדה.שירותי תחזוקה כגון אימות טמפרטורה, בדיקה וכיול זמינים כדי להבטיח שהמכשיר פועל כראוי עם הפרמטרים המתאימים.

מוצרים קשורים: