Thermischer Cycler/DNA Cycler

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.

Das Unternehmen Bio-Rad hat Aavid, den Unternehmensbereich für Wärmetechnik der Boyd Corporation, kontaktiert, um sich das bestmögliche, thermische Design für seinen neuen Thermocycler entwickeln zu lassen.

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.

Darüber hinaus musste Aavid prüfen, ob es lohnenswert war, Randheizer von dem Probegerät zu entfernen, indem empfohlene, angemessene Isolierungssysteme und Wärmeleitmaterialien in Erwägung gezogen wurden.

Lösung

Ingenieure von Aavid prüften verschiedene Kombinationen aus Lüftern und Heatsinks, indem sie Luftstrom-Wärme-Simulationsmodelle entwickelten, die unter anderem die Auswahl eines bestimmten Lüfters, einer bestimmten Anzahl an Lüftern, verschiedener Platzierungen von Lüftern und einer speziellen Heatsink-Geometrie ermöglichten. Durch diese Simulationen konnte eine optimale Kombination aus Lüftern und Heatsinks ermittelt werden. 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.

Die Ingenieure von Aavid haben ebenfalls die Möglichkeit geprüft, die genutzten Heizkörper zu entfernen, um den Temperaturunterschied zwischen den Proben zu minimieren und somit das gesamte Gerätedesign weiter zu optimieren. 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 Aavid-Lösung und setzte sie in ihr Thermal Cycler-Design um, 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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