ترموسایکلر و اصول PCR: همه آنچه باید بدانید

ترموسایکلر دستگاهی است که در حال حاضر کاربردهای فراوانی در علوم مختلف دارد. این دستگاه به‌ویژه در علوم بالینی به‌منظور تکثیر DNA مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترموسایکلر با بهره‌گیری از روش و اصول PCR (واکنش زنجیره‌ای پلیمراز) باعث تقویت DNA می‌شود. فرآیند کار با این دستگاه شامل سه مرحله است. از ترموسایکلر در تشخیص هویت، تشخیص بیماری‌های مختلف، انجام آزمایش‌های پیش از تولد، تعیین جنسیت جنین و بررسی روابط ژنتیکی استفاده می‌شود.

ترموسایکلر چیست؟

ترموسایکلر ابزاری است که برای انجام آزمایشات مرتبط با PCR به‌کار می‌رود. این دستگاه برای تکثیر DNA و RNA مورد استفاده قرار می‌گیرد و نقش حیاتی در آزمایشگاه‌های بالینی دارد. با استفاده از ترموسایکلر، DNA تکثیر شده و قابل شناسایی می‌شود. از این دستگاه می‌توان برای تشخیص طیف گسترده‌ای از بیماری‌ها استفاده کرد. علاوه بر این، ترموسایکلر به‌طور معمول با نام PCR نیز شناخته می‌شود.

چالش‌های آزمایشگاه‌های درمانی و استفاده از ترموسایکلر

اگر فناوری‌های نوینی که برای مقابله با بیماری‌های واگیردار استفاده می‌شوند با گسترش و هزینه‌های کمتر طراحی شوند، می‌توان گامی مؤثر در راستای بهبود بهداشت جهانی برداشت. یکی از چالش‌های بزرگ در این زمینه، دسترسی محدود افراد نیازمند به سیستم‌های آزمایشگاهی است. بسیاری از آن‌ها در مناطقی زندگی می‌کنند که یا دسترسی به آزمایشگاه‌های پیشرفته ندارند یا این دسترسی بسیار محدود است. به همین دلیل، بسیاری از تست‌های مربوط به بیماری‌های واگیردار به تکنیک PCR وابسته هستند. این روش نیاز به دستگاه‌هایی مانند ترموسایکلر دارد که با کنترل دقیق دما مراحل گرمایش و سرمایش را به‌طور دقیق انجام دهند. سیستم ترموسایکلر به‌عنوان قلب اصلی فرآیند PCR شناخته می‌شود. یکی از اجزای کلیدی این دستگاه، ساختاری است که امکان تنظیم دمای دقیق را برای تمامی فرآیندهای واکنشی فراهم می‌کند. در نتیجه، با بهره‌گیری از PCR و ترموسایکلر، می‌توان DNA را به‌صورت ساده و دقیق تکثیر کرد.

تکنیک PCR

در گذشته برای تولید قطعات نوکلئوتیدی از روش‌های شیمیایی پیچیده و متعدد استفاده می‌شد. برای تولید چندین نسخه از یک ژن خاص، محققان مجبور بودند ژن مورد نظر را در یک حامل مناسب قرار داده و در باکتری‌ها تکثیر کنند. این فرآیندها زمان‌بر و طاقت‌فرسا بودند. تکنیک واکنش زنجیره‌ای پلیمراز (PCR) که توسط کری مولیس در سال ۱۹۸۴ ابداع شد، این مشکل را به‌طور کامل حل کرد. این تکنیک برای تکثیر یک قطعه DNA به‌کار می‌رود.

PCR مزایای بی‌شماری دارد. از جمله این مزایا می‌توان به امکان بررسی نمونه‌ها در یک روز، هزینه پایین، دقت و سادگی فرآیند اشاره کرد. این تکنیک توانست یک انقلاب بزرگ در زمینه تشخیص بیماری‌ها، علوم جنایی، صنایع پزشکی و میکروبیولوژی ایجاد کند. همچنین PCR مشکلات مربوط به زیست‌مولکولی را برطرف کرد که نیاز به مقادیر زیادی DNA یکسان داشتند. امروزه این تکنیک در تمامی آزمایشگاه‌های زیست‌مولکولی به‌صورت خودکار و با استفاده از سیستم‌های کامپیوتری انجام می‌شود.

راهنمای جامع برای انتخاب بهترین دستگاه ترموسایکلر (PCR)

1)تغییرات دمایی

بیشتر چرخه‌های حرارتی برای کنترل دمای بلوک از عناصر Peltier استفاده می‌کنند. در حالت ایده‌آل، دمای داخل لوله‌های واکنش باید بلافاصله تغییر کند. با این حال، در عمل، ابتدا دمای اطراف لوله‌های واکنش تغییر می‌کند. برای بهترین عملکرد، دما باید به‌موقع و با سرعت تغییر کند.

تولیدکنندگان دستگاه‌های PCR تلاش می‌کنند بلوک‌های گرمایشی را طراحی کنند که دما را به‌طور یکنواخت و سریع تغییر دهند. اگر تغییرات سریع دما برای آزمایش‌های شما اهمیت دارد، بهتر است از دستگاه‌های PCR با بلوک‌های گرمایشی نقره‌ای استفاده کنید، چرا که این بلوک‌ها در تغییر دما سریع‌تر و یکنواخت‌تر عمل می‌کنند.

2)ظرفیت و نوع ظروف

بلوک‌های حرارتی در دستگاه‌های PCR ظرفیت‌های مختلفی دارند و می‌توانند تا 384 نمونه را در هر بار آزمایش در خود جای دهند. البته این ظرفیت به نوع میکروتیوبی که برای PCR استفاده می‌شود نیز بستگی دارد. لوله‌های 0.2 میلی‌لیتری همچنان رایج‌ترین سایز برای واکنش‌های PCR هستند، اما دستگاه‌هایی وجود دارند که از لوله‌های 0.5 میلی‌لیتری نیز استفاده می‌کنند.

3)درب گرم‌شونده

واکنش‌های PCR معمولاً دارای حجم‌های کوچکی بین 10 تا 50 میکرولیتر هستند که قرار دادن آن‌ها در بلوک‌های PCR با دمای 95 درجه سانتی‌گراد می‌تواند چالش‌برانگیز باشد، چرا که احتمال تبخیر وجود دارد. در گذشته، محققان لایه‌ای از روغن معدنی به بالای هر واکنش PCR اضافه می‌کردند تا از تبخیر و تراکم مایع جلوگیری کنند.

امروزه، بیشتر دستگاه‌های PCR مجهز به درب‌های گرم‌شونده هستند که از تبخیر نمونه‌ها جلوگیری می‌کنند. این ویژگی بسیار مهم است زیرا تبخیر مایعات در حین آزمایش ممکن است نتایج نادرستی ایجاد کند.

4)انعطاف‌پذیری و سازگاری

در مدل‌های قدیمی PCR، بلوک گرمایشی به‌صورت یکپارچه بود. امروزه، بسیاری از دستگاه‌های جدید دارای بلوک‌های گرمایشی قابل‌تعویض هستند که در مواقع نیاز به تنظیمات مختلف قابل‌استفاده‌اند. برخی از دستگاه‌های پیشرفته نیز از بلوک‌های گرمایشی چندگانه استفاده می‌کنند که به محققان امکان می‌دهد دماهای متفاوتی را برای نمونه‌های مختلف در یک بار آزمایش اعمال کنند. این ویژگی به‌ویژه در فرآیندهای بهینه‌سازی PCR کاربرد دارد.

 آخرین پیشرفت‌ها در دستگاه‌های ترموسایکلر

در سال‌های اخیر، دستگاه‌های PCR از نظر اندازه و سرعت پیشرفت‌های چشم‌گیری داشته‌اند. این دستگاه‌ها به‌اندازه‌ای کوچک شده‌اند که احتمالاً می‌توانید در سفر بعدی خود یک دستگاه PCR را در کنار سایر وسایل خود حمل کنید! برخی از مدل‌های جدید قابلیت اتصال به WiFi دارند، به این معنا که می‌توانید از طریق تلفن همراه خود به‌صورت بی‌سیم به آن‌ها متصل شوید. کنترل از راه دور این دستگاه‌ها امکان اجرای آزمایشات را بدون نیاز به حضور فیزیکی در آزمایشگاه فراهم می‌کند.