Einführung

Thermocycler (ebenfalls als DNA-Cycler, Thermozykler, PCR-Block oder DNA-Verstärker bezeichnet) werden genutzt, um Temperaturzyklen einer Polymerase-Kettenreaktion zu verstärken, und sind ein bedeutendes Hilfsmittel für Labors aus der Molekularbiologie. Ihre Nutzung ist von entscheidender Bedeutung für die Identifizierung und Diagnosestellung bei Infektions- und Erbkrankheiten, die DNA-Klonierung zur Isolierung von Abschnitten und die Erstellung von DNA-Profilen. Thermocycler stellen DNA-Proben eine thermisch kontrollierte Umgebung bereit, die während der Durchführung von Temperaturzyklen erforderlich ist. Da der Prozess stark auf einer präzisen Temperaturregelung beruht, ist es wichtig, dass dieses Gerät über ein ordnungsgemäßes Wärmemanagement verfügt. Da sie für ihr neuestes Thermocycler-Design das bestmögliche thermische Design benötigten, wandte sich Bio-Rad an Boyd.

Herausforderung

Bei der thermischen Optimierung des Geräts war eine Heatsink-Konfiguration mit einem Temperaturunterschied von weniger als +/-0,5 °C zwischen den Proben erforderlich, um eine maximale Präzision, Einheitlichkeit und Geschwindigkeit sicherzustellen.

Boyd musste auch die Machbarkeit der Entfernung von Kantenheizungen aus dem Probenblock bestimmen, indem er ein geeignetes Dämmschema und Wärmeleitmaterialien empfahl.

Lösung

Die Ingenieure von Boyd bewerteten mehrere Kombinationen aus Lüftern und Kühlkörpern, indem sie Luftstrom-Wärme-Simulationsmodelle erstellten, um einen bestimmten Lüfter, die Anzahl der Lüfter, die Position der Lüfter, die Kühlkörpergeometrie usw. auszuwählen. Diese Simulationen halfen bei der Auswahl einer optimalen Kombination aus Lüfter und Kühlkörper. Anschließend entwickelte das Team einen Prototypen des Geräts, der alle Daten hinsichtlich Wärme und Luftstrom erfassen konnte. Der Prototyp wurde hinsichtlich der Temperaturunterschiede getestet und die Daten wurden genutzt, um die Präzision und Zuverlässigkeit der simulierten Ergebnisse zu erhöhen.

Um das gesamte Produktdesign weiter zu optimieren, bewerteten die Boyd-Ingenieure die Machbarkeit der Entfernung von Heizungen, die verwendet wurden, um die Temperaturschwankungen der Probe auf die Probe zu minimieren. Es wurde bei den Simulationen festgestellt, dass durch Nutzung von Polyurethanschaum an wichtigen Stellen auch ohne die Randheizer der Temperaturunterschied zwischen den Proben beibehalten werden kann.

Umsetzung

Bio-Rad nutzte die empfohlene Boyd-Lösung und implementierte sie in ihr Thermal Cycler-Design, das noch heute produziert wird.

Ergebnisse

Der Thermocycler von Bio-Rad liefert nun bereits seit einigen Jahren exzellente Ergebnisse. Die endgültigen Produkte sind nun seit Jahren sehr präzise und zuverlässig und Bio-Rad ist mittlerweile für seine sehr robusten und leistungsstarken Geräte zur PCR-Verstärkung bekannt.

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