همه چیز درباره نانودراپ (Nanodrop)؛ از روش کار تا کاربرد در سنجش DNA و RNA

نانودراپ (Nanodrop) یکی از پیشرفته‌ترین ابزارهای سنجش در آزمایشگاه‌های مولکولی است که برای اندازه‌گیری غلظت و خلوص DNA، RNA و پروتئین به کار می‌رود. این دستگاه نسل جدیدی از اسپکتروفتومترهای کوچک محسوب می‌شود که بدون نیاز به کووت (cuvette) و با تنها چند میکرولیتر نمونه، اطلاعات دقیق و قابل اعتماد را در چند ثانیه ارائه می‌دهد. در آزمایشگاه‌های ژنتیک، بیوتکنولوژی و تشخیص مولکولی، دقت در تعیین کیفیت و خلوص نمونه‌های ژنتیکی اهمیت حیاتی دارد. به همین دلیل، نانودراپ به یکی از ضروری‌ترین ابزارها در فرآیند استخراج، تکثیر و آنالیز مواد ژنتیکی تبدیل شده است. در این مقاله، با ساختار، نحوه کار، تفسیر داده‌های نانودراپ، روش‌های نگهداری و انتخاب دستگاه مناسب آشنا می‌شویم.

نانودراپ چیست و چه تفاوتی با اسپکتروفتومتر دارد؟

نانودراپ یک اسپکتروفتومتر میکروولومی (microvolume spectrophotometer) است که بدون نیاز به محلول‌های رنگی یا کووت، تنها با استفاده از ۱ تا ۲ میکرولیتر نمونه قادر به اندازه‌گیری جذب نوری و تعیین غلظت مولکول‌های زیستی است. در حالی که اسپکتروفتومترهای سنتی برای کار با حجم‌های بالا (۱ تا ۳ میلی‌لیتر) طراحی شده‌اند، نانودراپ با کاهش حجم نمونه و استفاده از مسیر نوری بسیار کوتاه، قادر است غلظت DNA، RNA یا پروتئین را با دقت بالا اندازه‌گیری کند.

تفاوت نانودراپ و اسپکتروفتومتر سنتی

یکی از مراحل کلیدی پس از استخراج DNA، اندازه‌گیری غلظت و خلوص نمونه است. برای این کار، معمولاً از دستگاه‌های اسپکتروفتومتر (Spectrophotometer) استفاده می‌شود. در سال‌های اخیر، مدل‌های جدیدتری با نام نانودراپ (NanoDrop) معرفی شده‌اند که با حجم بسیار کم نمونه (در حد چند میکرولیتر) می‌توانند نتایج دقیق‌تری ارائه دهند. در حالی که اسپکتروفتومترهای سنتی به کووت، حجم بیشتر نمونه و زمان آماده‌سازی طولانی‌تری نیاز دارند، نانودراپ‌ها به دلیل سرعت بالا، سهولت کاربری و نیاز به حجم نمونه کمتر، به گزینه‌ای محبوب در آزمایشگاه‌های مولکولی تبدیل شده‌اند. در جدول زیر، مهم‌ترین تفاوت‌های بین نانودراپ و اسپکتروفتومتر سنتی از نظر دقت، حجم نمونه، سرعت و کاربرد مقایسه شده است.

به‌دلیل همین ویژگی‌ها، امروزه در اغلب مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی، نانودراپ جایگزین اسپکتروفتومترهای قدیمی شده است.

آشنایی با مفهوم اسپکتروفتومتری در آزمایشگاه‌های مولکولی

اسپکتروفتومتری (Spectrophotometry) یکی از بنیادی‌ترین روش‌ها در شیمی، زیست‌مولکولی و علوم آزمایشگاهی است که برای اندازه‌گیری میزان جذب نور توسط مواد محلول به کار می‌رود. این روش بر اساس قانون لامبرت–بیر (Lambert–Beer Law) عمل می‌کند که بیان می‌کند مقدار جذب نور در یک محلول، مستقیماً با غلظت ماده و طول مسیر نوری متناسب است. در آزمایشگاه‌های مولکولی، اسپکتروفتومترها ابزار اصلی برای اندازه‌گیری غلظت و خلوص اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) و پروتئین‌ها هستند. با اندازه‌گیری جذب نور در طول‌موج‌های خاص — معمولاً 260 نانومتر برای DNA/RNA، 280 نانومتر برای پروتئین‌ها و 230 نانومتر برای بررسی ناخالصی‌ها — می‌توان کیفیت نمونه را ارزیابی کرد. نسبت‌های جذب، مانند A260/A280 و A260/A230، شاخص‌های استانداردی برای تعیین خلوص نمونه محسوب می‌شوند.

چرا نانودراپ جایگزین اسپکتروفتومترهای سنتی شد؟

در بسیاری از آزمایش‌های ژنتیکی و مولکولی، حجم نمونه‌ها بسیار محدود است و استفاده از چند میلی‌لیتر نمونه برای هر اندازه‌گیری نه‌تنها پرهزینه بلکه غیرعملی است. نانودراپ (NanoDrop) این چالش را با فناوری میکروولتومتری نوری (Micro-Volume UV-Vis Spectrophotometry) برطرف کرده است. نانودراپ تنها با ۱ تا ۲ میکرولیتر نمونه قادر است غلظت و خلوص DNA، RNA یا پروتئین را با دقت بالا اندازه‌گیری کند. علاوه‌براین، این دستگاه نیازی به کووت (Cuvette) ندارد و نمونه مستقیماً بین دو سطح فیبری نوری قرار می‌گیرد. حذف کووت باعث می‌شود:

• فرآیند تمیزکاری بسیار سریع‌تر انجام شود،
• احتمال خطای انسانی کاهش یابد،
• و مصرف مواد و زمان به‌طور چشمگیری کم شود.
• به همین دلیل، نانودراپ به ابزاری استاندارد در آزمایشگاه‌های مولکولی، مراکز تحقیقاتی، بیمارستان‌ها و شرکت‌های بیوتکنولوژی تبدیل شده است.

اجزای اصلی و ساختار دستگاه نانودراپ

دستگاه نانودراپ از چند بخش کلیدی تشکیل شده است که هرکدام در عملکرد صحیح دستگاه و دستیابی به نتایج دقیق و تکرارپذیر نقش اساسی دارند. این اجزا در کنار یکدیگر امکان اندازه‌گیری غلظت و خلوص نمونه‌ها را با حجم بسیار کم فراهم می‌کنند و کیفیت عملکرد آن‌ها مستقیماً بر صحت داده‌های به‌دست‌آمده تأثیر می‌گذارد. در ادامه، مهم‌ترین بخش‌های تشکیل‌دهنده این دستگاه و نقش هرکدام معرفی شده‌اند: 

1. منبع نوری (Light Source): معمولاً از لامپ‌های زنون یا LED استفاده می‌شود.

2. فیبر نوری و مسیر نور: پرتو از منبع به نمونه و سپس به دتکتور منتقل می‌شود.

3. صفحه نمونه (Sample Pedestal): محل قرارگیری قطره نمونه است.

4. دتکتور یا سنسور اپتیکی: میزان جذب نور در طول‌موج‌های مختلف را ثبت می‌کند.

5. نرم‌افزار تحلیل داده: داده‌های جذب نوری را تفسیر کرده و غلظت و خلوص را گزارش می‌دهد.

مسیر نور در نانودراپ

در این دستگاه، نور از منبع عبور کرده و از میان لایه نازکی از نمونه (در حد نانومتر) می‌گذرد. سنسور در سمت مقابل میزان جذب را اندازه‌گیری کرده و از روی آن غلظت محاسبه می‌شود.

نقش نرم‌افزار در تحلیل داده‌ها

نرم‌افزار نانودراپ به‌طور خودکار نسبت‌های جذب را محاسبه می‌کند:

• نسبت A260/A280: برای ارزیابی خلوص DNA یا RNA (مقدار نرمال بین 1.8 تا 2.0)

• نسبت A260/A230: برای بررسی آلودگی با فنول، اتانول یا نمک‌ها (باید بالای 1.8 باشد)

این داده‌ها کمک می‌کنند تا کیفیت و خلوص نمونه پیش از انجام PCR، RT-PCR یا توالی‌یابی بررسی شود.

تفسیر نتایج نانودراپ و شاخص‌های کیفیت DNA

پس از انجام فرآیند استخراج DNA، ارزیابی کیفیت و کمیت نمونه مرحله‌ای حیاتی برای اطمینان از دقت نتایج آزمایش‌های بعدی است. دستگاه نانودراپ (NanoDrop) با اندازه‌گیری جذب نور در طول‌موج‌های مشخص، اطلاعات دقیقی در مورد غلظت، خلوص و سلامت DNA ارائه می‌دهد. نتایج به‌دست‌آمده معمولاً شامل مقادیر جذب در طول‌موج‌های 260، 280 و 230 نانومتر و نسبت‌های A260/A280 و A260/A230 هستند. این شاخص‌ها به پژوهشگر کمک می‌کنند تا وجود ناخالصی‌هایی مانند پروتئین‌ها، فنول، یا بافرهای استخراج را شناسایی کند و تصمیم بگیرد آیا نمونه برای مراحل بعدی مانند PCR، کلونینگ یا توالی‌یابی مناسب است یا خیر. اگر نسبت‌ها از محدوده نرمال خارج باشند، باید نمونه دوباره استخراج یا خالص‌سازی شود.

در جدول زیر، مقادیر استاندارد شاخص‌های کیفیت DNA و تفسیر آن‌ها آورده شده است تا بتوانید به‌راحتی وضعیت نمونه‌های خود را ارزیابی کنید: 

چگونه خلوص و غلظت DNA را ارزیابی کنیم؟

پس از استخراج DNA، یکی از مهم‌ترین مراحل پیش از انجام آزمایش‌های مولکولی مانند PCR، توالی‌یابی (Sequencing) یا الکتروفورز ژلی، ارزیابی خلوص و غلظت نمونه است. این ارزیابی به پژوهشگر اطمینان می‌دهد که DNA استخراج‌شده فاقد آلودگی‌های پروتئینی، فنولی یا نمکی است و مقدار آن برای مراحل بعدی مناسب است. دستگاه نانودراپ (NanoDrop) با دقت بالا و نیاز به تنها ۱ تا ۲ میکرولیتر از نمونه، یکی از متداول‌ترین ابزارها برای سنجش غلظت و کیفیت DNA در آزمایشگاه‌های مولکولی محسوب می‌شود. عملکرد آن بر پایه‌ی اندازه‌گیری جذب نور در طول‌موج‌های ۲۳۰، ۲۶۰ و ۲۸۰ نانومتر است، که هرکدام نشان‌دهنده‌ی حضور ترکیبات خاصی در نمونه هستند (به‌ترتیب نمک‌ها و بافرها، اسیدهای نوکلئیک، و پروتئین‌ها).

برای سنجش کیفیت DNA با نانودراپ:

1. ۱ تا ۲ میکرولیتر از نمونه را روی پد بالایی دستگاه قرار دهید.

2. درپوش را ببندید تا مسیر نوری کامل شود.

3. نرم‌افزار به‌طور خودکار جذب را در طول‌موج‌های 230، 260 و 280 اندازه‌گیری می‌کند.

4. غلظت (بر حسب ng/µl) و نسبت‌های خلوص نمایش داده می‌شود.

غلظت DNA معمولاً از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
۱ واحد جذب در ۲۶۰ نانومتر ≈ ۵۰ نانوگرم بر میکرولیتر DNA دو رشته‌ای.

خطاهای رایج در خوانش نتایج نانودراپ

دستگاه نانودراپ (NanoDrop) یکی از ابزارهای کلیدی در آزمایشگاه‌های مولکولی برای اندازه‌گیری سریع و دقیق غلظت و خلوص DNA، RNA و پروتئین است. با وجود سادگی کار با این دستگاه، رعایت اصول نگهداری و تفسیر صحیح نتایج برای اطمینان از دقت اندازه‌گیری‌ها ضروری است. خطاهای کوچک مانند آلودگی سطح پد نمونه، استفاده از بلانک نامناسب یا غفلت در کالیبراسیون می‌توانند منجر به اختلاف قابل‌توجه در قرائت نتایج شوند. به همین دلیل، آشنایی با خطاهای رایج در خوانش نتایج نانودراپ، نحوه‌ی تمیزکاری و کالیبراسیون دوره‌ای، و همچنین توجه به ویژگی‌های فنی دستگاه هنگام خرید اهمیت زیادی دارد. رعایت این نکات نه‌تنها موجب افزایش دقت داده‌ها، بلکه باعث افزایش عمر مفید دستگاه و کاهش هزینه‌های نگهداری خواهد شد.

در ادامه، مجموعه‌ای از مهم‌ترین توصیه‌ها، خطاهای متداول و معیارهای انتخاب دستگاه نانودراپ مناسب برای آزمایشگاه شما آورده شده است.

• قرار دادن حباب یا ذرات گرد و غبار روی پد نمونه

• استفاده از نمونه بسیار غلیظ یا بسیار رقیق

• عدم تمیز کردن صحیح پد پس از هر اندازه‌گیری

• استفاده از بلانک نامناسب (مثلاً آب مقطر به‌جای بافر مورد استفاده در استخراج)

• کالیبراسیون نامنظم دستگاه که باعث خطای نوری می‌شود.
  
  

نکات نگهداری، تمیزکاری و کالیبراسیون نانودراپ

دقت و طول عمر دستگاه نانودراپ (NanoDrop) تا حد زیادی به نحوه‌ی نگهداری و تمیزکاری روزانه آن وابسته است. از آنجا که این دستگاه با نمونه‌هایی در حجم بسیار کم کار می‌کند، حتی ذرات ریز یا باقی‌مانده‌های خشک‌شده روی پد نمونه می‌توانند باعث اختلال نوری، خطای خوانش و کاهش دقت اندازه‌گیری شوند. به همین دلیل، رعایت برنامه‌ی منظم برای تمیزکاری، کالیبراسیون و نگهداری محیطی مناسب ضروری است. با اجرای چند اقدام ساده می‌توان عملکرد اپتیکی دستگاه را در بهترین حالت حفظ کرد و از صرف هزینه‌های سنگین تعمیر یا تعویض جلوگیری نمود.

• بعد از هر بار استفاده، پد نمونه را با دستمال بدون پرز و اتانول 70٪ تمیز کنید.

• هر چند هفته یک‌بار دستگاه را با محلول استاندارد Blank Calibration کالیبره کنید.

• از قرار دادن دستگاه در معرض گرد و غبار و نور مستقیم آفتاب پرهیز کنید. 

بهترین روش برای افزایش طول عمر دستگاه

دستگاه نانودراپ (NanoDrop) به‌عنوان یکی از ابزارهای حساس اپتیکی در آزمایشگاه‌های مولکولی، نیازمند نگهداری دقیق و منظم است. عملکرد نوری و مکانیکی این دستگاه در صورت عدم رعایت اصول نگهداری به‌تدریج دچار افت می‌شود و می‌تواند باعث بروز خطا در خوانش داده‌ها شود. با رعایت چند نکته ساده اما کلیدی، می‌توان عمر مفید دستگاه را به‌طور قابل‌توجهی افزایش داد و دقت اندازه‌گیری‌ها را در بلندمدت حفظ کرد. این موارد علاوه بر پیشگیری از خرابی‌های احتمالی، هزینه‌های تعمیر و سرویس دستگاه را نیز کاهش می‌دهند.

برای حفظ عملکرد بهینه و افزایش طول عمر نانودراپ، توصیه می‌شود:

1. عدم استفاده از مواد خورنده یا غلیظ روی پد نمونه

2. تمیزکاری بلافاصله پس از هر نمونه

3. نگهداری در محیط خشک و خنک

4. انجام کالیبراسیون دوره‌ای

5. به‌روزرسانی نرم‌افزار و بررسی عملکرد اپتیکی
   
   

انتخاب دستگاه نانودراپ مناسب برای آزمایشگاه شما

با توجه به گسترش کاربرد نانودراپ (NanoDrop) در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، تشخیص مولکولی و بیوتکنولوژی، انتخاب مدل مناسب این دستگاه نقش مهمی در دقت، سرعت و کارایی نتایج دارد. دستگاه‌های نانودراپ بسته به نوع کاربرد، دامنه طول‌موج و امکانات نرم‌افزاری، تفاوت‌هایی در عملکرد دارند که باید پیش از خرید به‌دقت بررسی شوند. در هنگام انتخاب یا خرید دستگاه نانودراپ، توجه به ویژگی‌های فنی زیر می‌تواند به شما کمک کند تا بهترین گزینه را متناسب با نیازهای آزمایشگاه خود انتخاب نمایید:

• دامنه طول‌موج قابل اندازه‌گیری (190–840 nm)

• دقت اپتیکی و محدوده دینامیکی

• حساسیت نسبت به حجم‌های پایین‌تر از 1 µl

• امکان اتصال USB یا Wi-Fi برای انتقال داده‌ها

• پشتیبانی نرم‌افزاری برای تحلیل خودکار

معرفی نانودراپ‌های تولید شرکت دناژن

شرکت دناژن تجهیز به‌عنوان یکی از تأمین‌کنندگان معتبر تجهیزات آزمایشگاهی، مدل‌های متنوعی از دستگاه نانودراپ و اسپکتروفتومتر کوچک را عرضه می‌کند که از دقت بالا، طراحی مقاوم و نرم‌افزار هوشمند برخوردارند. این دستگاه‌ها با قابلیت کالیبراسیون خودکار، رابط کاربری لمسی و تحلیل سریع داده‌ها، گزینه‌ای مناسب برای آزمایشگاه‌های تحقیقاتی، بالینی و آموزشی هستند.

جمع‌بندی نهایی

نانودراپ (Nanodrop) یکی از نوآوری‌های مهم در علم زیست‌مولکولی است که توانسته فرآیند سنجش غلظت و خلوص DNA، RNA و پروتئین را ساده، سریع و دقیق کند.
این دستگاه با حذف نیاز به کووت، استفاده از حجم‌های بسیار کم و دقت بالا، تحولی در اندازه‌گیری‌های آزمایشگاهی ایجاد کرده است. با رعایت اصول نگهداری، کالیبراسیون منظم و استفاده از نمونه بلانک استاندارد، می‌توان حداکثر دقت و طول عمر را از دستگاه نانودراپ به دست آورد.