آلة PCR | هل تفهم حقًا؟

تقنية PCR الحائزة على جائزة نوبل

في عام 1993 ، حصل العالم الأمريكي موليس على جائزة نوبل في الكيمياء ، وكان إنجازه اختراع تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل.يكمن سحر تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل في الخصائص التالية: أولاً ، كمية الحمض النووي المراد تضخيمها صغيرة للغاية ، ومن الناحية النظرية يمكن استخدام جزيء واحد للتضخيم ؛ثانياً ، كفاءة التضخيم عالية ، وكمية الجين المستهدف أسي.تضخيم ، أكثر من 10 مليون مرة في بضع ساعات.الآن تم استخدام أداة PCR على نطاق واسع في أبحاث علوم الحياة والعديد من الجوانب الأخرى.

قد تظهر النماذج المختلفة والشركات المصنعة للدورات الحرارية أداءً وتكرارًا مختلفين.لا تؤثر هذه الاختلافات على كفاءة PCR فحسب ، بل تؤثر أيضًا على دقة واتساق البيانات التي تم الحصول عليها.يمكن أن يساعدنا فهم ميزات آلة PCR في تحقيق أقصى قدر من نجاح تجاربنا.

وحدة التدفئة

يمكن أن تكون دقة درجة حرارة جهاز التدوير الحراري حاسمة لنجاح أو فشل PCR.يعد اتساق درجة حرارة البئر جيدًا على كتلة التسخين أمرًا بالغ الأهمية أيضًا للحصول على نتائج PCR موثوقة وقابلة للتكرار.

تتمثل إحدى طرق ضمان الدقة الحرارية في الاختبار المتكرر باستخدام مجموعات التحقق من درجة الحرارة وإعادة المعايرة حسب الحاجة بواسطة متخصص مدرب.تُستخدم اختبارات التحقق من درجة الحرارة عادةً من أجل:

دقة من البئر إلى البئر بالنسبة إلى ضبط درجة الحرارة في الوضع متساوي الحرارة

دقة من البئر إلى البئر بالنسبة لتعيين درجة الحرارة بعد تحويل درجة الحرارة

دقة درجة حرارة الغطاء الحراري

التمهيدي التلدين التحكم في درجة الحرارة

يعد التحكم في درجة الحرارة المتدرجة إحدى وظائف أداة PCR التي تسهل تحسين التلدين التمهيدي في PCR.الغرض من إعداد التدرج هو تحقيق درجات حرارة متفاوتة بين الوحدات ، وبارتفاع وانخفاض درجة الحرارة 2 درجة مئوية بين كل عمود ، يمكن اختبار درجات حرارة مختلفة في وقت واحد للحصول على درجة حرارة التلدين التمهيدي المثلى.من الناحية النظرية ، يحقق التدرج الحقيقي درجة حرارة خطية بين الوحدات.

ومع ذلك ، تستخدم الدوارات الحرارية المتدرجة التقليدية عادةً كتلة حرارية واحدة وتتحكم في درجة الحرارة من خلال عنصري تسخين وتبريد يقعان في كلا الطرفين ، مما يؤدي غالبًا إلى القيود التالية:

يمكن ضبط درجتين فقط من درجات الحرارة: يتم ضبط درجات الحرارة العالية والمنخفضة للتلدين التمهيدي على طرفي الوحدة الحرارية ، ولا يمكن تحقيق الإعداد الدقيق لدرجات الحرارة الأخرى بين النموذج

بسبب التبادل الحراري بين الأعمدة المختلفة ، من المرجح أن تتبع درجة الحرارة بين المناطق المختلفة في الوحدة منحنى سيني بدلاً من التدرج الخطي الحقيقي.

درجة حرارة العينة

إن قدرة جهاز التدوير الحراري على التحكم في درجة حرارة العينة مهمة جدًا لدقة نتائج تفاعل البوليميراز المتسلسل.تعتبر المعلمات الخاصة بالأداة مثل معدلات المنحدرات وأوقات الانتظار والخوارزميات ضرورية للتنبؤ بدرجة حرارة العينة.

معدل التسخين والتبريد لجهاز PCR يعني أن درجة الحرارة تتغير بين خطوات PCR التي تحدث خلال فترة زمنية معينة.نظرًا لأن نقل الحرارة من الوحدة إلى العينة يستغرق قدرًا معينًا من الوقت ، فإن معدل التسخين والتبريد الفعلي للعينة سيكون أبطأ.لذلك ، يجب تمييز وفهم تعريف سرعة تغير درجة الحرارة.

يمثل الحد الأقصى أو معدل منحدر الوحدة القصوى أسرع تغيير في درجة الحرارة يمكن للوحدة تحقيقه خلال فترة زمنية قصيرة جدًا أثناء المنحدر.

يمثل متوسط ​​معدل منحدر الكتلة معدل تغير درجة الحرارة على مدى فترة زمنية أطول وسيوفر مقياسًا أكثر تمثيلا لسرعة آلة PCR.

يعكس الحد الأقصى لمعدل تسخين وتبريد العينة ومتوسط ​​معدل تسخين وتبريد العينة درجة الحرارة الفعلية التي حصلت عليها العينة.سيوفر معدل تسخين العينة وتبريدها مقارنة أكثر دقة لأداء آلة تفاعل البوليميراز المتسلسل وتأثيرها المحتمل على نتائج تفاعل البوليميراز المتسلسل.

عند إجراء استبدال cycler ، يوصى باستخدام أداة مع برنامج معدل التدرج الذي يحاكي الوضع السابق لاستبدال أسهل وأقل تأثير على تكرار PCR.

يجب تصميم جهاز التدوير الحراري لخطوات زمنية فقط بعد أن تصل العينة إلى درجة الحرارة المحددة.بهذه الطريقة ، سيتم الحفاظ على الوقت الذي يتم فيه الحفاظ على العينة عند درجة الحرارة المحددة بشكل أكثر دقة مع ظروف الدورة المقابلة المطلوبة في إجراء التشغيل.

غالبًا ما تستخدم أجهزة التدوير الحرارية خوارزميات رياضية معقدة لضمان وصول العينات بسرعة إلى درجة حرارة محددة وفقًا لبرنامج محدد مسبقًا.استنادًا إلى حجم نظام التفاعل وسماكة بلاستيك PCR المستخدم ، يمكن للخوارزمية أن تتنبأ بدرجة حرارة العينة والوقت الذي ستستغرقه للوصول إلى درجة الحرارة المحددة.بالاعتماد على هذه الخوارزميات ، أثناء عملية التسخين أو التبريد للدوران الحراري ، عادة ما تتجاوز درجة حرارة الكتلة القيمة المحددة من خلال عملية تسمى تجاوز الكتلة الحرارية أو العجز عن الهدف.يضمن مثل هذا الإعداد أن تصل العينة إلى درجة الحرارة المحددة بأسرع ما يمكن دون تجاوز أو تقصير في الرماية نفسها.

الإنتاجية التجريبية

تشمل العوامل التي يمكن أن تزيد من إنتاجية جهاز التدوير الحراري معدلات الانحدار وتكوينات الكتلة الحرارية وتكامل منصات الأتمتة.

يمثل معدل التسخين والتبريد للدوران الحراري السرعة التي يصل بها إلى درجة الحرارة المحددة.كلما زادت سرعة ارتفاع درجة الحرارة وانخفاضها ، زادت سرعة تشغيل PCR ، مما يعني أنه يمكن إكمال المزيد من التجارب في فترة زمنية معينة.بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تسريع التجارب باستخدام بوليميرات الحمض النووي الأسرع.

يعد تصميم وحدة التدوير الحراري أمرًا مهمًا أيضًا لتجارب تفاعل البوليميراز المتسلسل.على سبيل المثال ، تسمح الوحدات القابلة للاستبدال بالمرونة في عدد العينات لكل تشغيل.بالإضافة إلى ذلك ، تعتبر وحدات التسخين ذات الوحدات التي يمكن التحكم فيها بشكل فردي مثالية لتشغيل برامج PCR المختلفة في وقت واحد على دورة حرارية واحدة.

بالنسبة إلى PCR الآلي عالي الإنتاجية ، يجب أن يكون البرنامج الذي يتحكم في نظام معالجة الماصات قابلاً للبرمجة ومتوافقًا.تعتبر الأنظمة الآلية مثالية لأداء تفاعلات تفاعل البوليميراز المتسلسل عالية الإنتاجية لأنها يمكن تشغيلها بشكل مستمر مع تدخل بشري ضئيل ، وبالتالي تقليل الوقت اللازم للإعداد التجريبي اليدوي وزيادة عدد التفاعلات في فترة زمنية معينة.

الموثوقية والمتانة وضمان الجودة للدورات الحرارية

بالإضافة إلى قدرات الأداء والإنتاجية ، يجب أن تكون آلة تفاعل البوليميراز المتسلسل قادرة على تحمل بعض الاستخدام المتكرر ، والضغط البيئي ، وظروف الشحن.قد تقوم بعض الشركات المصنعة بالإبلاغ عن كيفية أداء الجهاز لاختبارات الموثوقية والمتانة.يشمل الكشف عن أداة PCR المقابلة ما يلي:

الموثوقية: تُستخدم الحفارات الميكانيكية لإجراء اختبارات متكررة على مكونات الأجهزة المستخدمة بشكل متكرر مثل الأغطية الحرارية ولوحات التحكم / شاشات اللمس ووحدات تدوير درجات الحرارة.

الضغط المحيط: يمكن استخدام الغرف البيئية لمحاكاة الظروف المختلفة للتجارب الروتينية ، مثل درجة الحرارة والرطوبة.

اختبار الشحن: يمكن إجراء اختبار مكثف للصدمات والاهتزازات وفقًا لمعايير الرابطة الدولية لشحن السلامة لضمان وصول الجهاز في ظروف تشغيل غير تالفة.

الضمان والخدمة لصيانة آلة PCR

على الرغم من اختبارات الموثوقية والمتانة الصارمة ، فإن راكبي الدراجات الحرارية لديهم حتمًا مشكلات فنية على مدار عمر الأداة.لراحة البال ، يجب مراعاة ضمان الشركة المصنعة والخدمة والصيانة عند شراء أداة.

مرونة الخدمات مثل الصيانة في الموقع / العودة إلى المصنع ، وخدمات المراقبة عن بعد ، وأدوات الاستبدال في عملية الصيانة ، وما إلى ذلك ، لتقليل التأثير على كفاءة العمل.

طول فترة الضمان ، والوقت الذي تستغرقه الخدمة ، وإمكانية الوصول إلى الدعم الفني ، ومهارات موظفي الدعم المحترفين.

جدوى تركيب الأداة وتشغيلها والتعاون والتحقق منها لتلبية المختبرات والمتطلبات التنظيمية ذات الصلة.تتوفر خدمات الصيانة مثل التحقق من درجة الحرارة والاختبار والمعايرة للتأكد من أن الجهاز يعمل بشكل صحيح مع المعلمات المقابلة.

منتجات ذات صله: