Четырёхканальный ПЦР-амплификатор Терцик

Назначение

ТП4-ПЦР-01-«Терцик» предназначен для программируемого термоциклирования реакционных смесей при проведении полимеразной цепной реакции в клинико-диагностических и научных лабораториях.

Прибор обеспечивает:

• нагрев и охлаждение реакционных смесей по заданной программе;
• циклическое повторение температурных стадий;
• параллельное выполнение до четырёх независимых протоколов;
• обработку до 40 реакций за один запуск;
• долговременное хранение пользовательских программ;
• автономное выполнение ПЦР без постоянного подключения к компьютеру;
• контроль температуры реакционной смеси с помощью расчётных алгоритмов;
• проверку температуры отдельным выносным датчиком.

Тип биологического материала, состав реакционной смеси, температурная программа, количество циклов и способ регистрации результата определяются применяемой методикой или инструкцией набора реагентов.

Важное отличие от Real-Time ПЦР

«Терцик» не является анализатором ПЦР в реальном времени и не содержит встроенной оптической системы.

В приборе отсутствуют:

• флуоресцентные каналы;
• LED-источники возбуждения;
• фотодиоды или ПЗС-матрица;
• регистрация кривых амплификации;
• расчёт порогового цикла Ct;
• автоматическая интерпретация результатов Real-Time ПЦР.

Обозначение «четырёхканальный» относится к четырём независимо управляемым термоблокам, а не к четырём каналам флуоресцентной детекции.

После завершения амплификации результат регистрируют отдельным методом, предусмотренным лабораторной методикой: электрофоретическим, флуоресцентным или другим способом конечной детекции.

Принцип работы

Прибор циклически изменяет температуру реакционной смеси в соответствии с сохранённой программой.

Типовой протокол классической ПЦР включает:

1. начальную денатурацию;
2. денатурацию двуцепочечной ДНК;
3. отжиг праймеров;
4. синтез новых цепей ДНК;
5. повторение установленного количества циклов;
6. финальную элонгацию;
7. температурное хранение продуктов реакции.

Нагрев и охлаждение матриц выполняются термоэлектрическими элементами Пельтье. Управление температурными переходами осуществляет встроенная микроЭВМ.

Четыре независимых термоблока

Прибор состоит из четырёх термоблоков, объединённых в одном компактном корпусе.

Каждый блок:

• рассчитан на 10 пробирок;
• имеет отдельное управление;
• может выполнять собственную температурную программу;
• поддерживает независимо выбранный алгоритм регулирования;
• оснащён собственной прижимной крышкой;
• может запускаться и останавливаться независимо от остальных блоков.

Многоблочная конструкция позволяет:

• одновременно выполнять разные исследования;
• запускать постановки с разным количеством циклов;
• работать нескольким сотрудникам;
• разделять диагностические направления;
• проводить оптимизацию новых протоколов;
• обрабатывать до 40 образцов по одной программе.

Формат реакционных пробирок

Каждый термоблок рассчитан на 10 пробирок номинальным объёмом 0,5 мл.

Общая вместимость прибора составляет 40 пробирок.

Пробирки располагаются по окружности матрицы. Симметричная схема размещения обеспечивает сопоставимые температурные условия для всех реакционных позиций одного блока.

Используемые пробирки должны обеспечивать:

• плотный контакт с матрицей;
• устойчивость к температурному циклированию;
• герметичное закрытие;
• совместимость с рабочим объёмом реакции;
• отсутствие деформации при нагревании.

Рабочий объём

Допустимый рабочий объём реакционной смеси составляет от 10 до 100 мкл.

Конкретный объём определяется:

• инструкцией набора реагентов;
• концентрацией компонентов;
• методом предотвращения испарения;
• типом используемых пробирок;
• температурной программой;
• лабораторным протоколом.

В ранних коммерческих материалах также встречается диапазон 10–50 мкл, однако руководство по эксплуатации прибора указывает рабочий объём от 10 до 100 мкл.

Регулирование температуры

В приборе реализованы три метода регулирования температуры:

• пассивное регулирование по температуре матрицы;
• активное регулирование по быстрому алгоритму;
• активное регулирование по точному алгоритму.

Необходимый режим выбирается отдельно для каждой программы.

Пассивное регулирование

При пассивном режиме прибор поддерживает заданную температуру термоблока.

Температура реакционной смеси изменяется с задержкой относительно температуры матрицы. При программировании необходимо учитывать:

• объём реакционной смеси;
• материал пробирки;
• скорость температурного перехода;
• теплоёмкость образца;
• температуру окружающей среды.

Пассивный режим может применяться для воспроизведения протоколов, разработанных на термоциклерах с традиционным управлением по температуре блока.

Активное регулирование

Активный режим предназначен для достижения заданной температуры непосредственно в реакционной смеси.

Встроенный процессор рассчитывает необходимое поведение матрицы с учётом теплопередачи между термоблоком, пробиркой и реакционной смесью.

Доступны два алгоритма:

• точный — обеспечивает минимальную динамическую ошибку;
• быстрый — сокращает продолжительность перехода, но допускает большую динамическую ошибку.

Дополнительная динамическая ошибка:

• точный алгоритм — не более ±0,3 °C;
• быстрый алгоритм — не более ±1,0 °C.

Активное регулирование позволяет сократить время выхода реакционной смеси на заданную температуру и повысить воспроизводимость ПЦР.

Температурный диапазон

Верхняя температура диапазона регулирования составляет 99 °C.

Нижняя граница не является постоянной и зависит от температуры корпуса прибора:

• нижняя температура регулирования — температура корпуса минус 33 °C;
• минимально допустимое значение — не ниже +1 °C.

При длительной работе всех четырёх блоков в режиме хранения минимальная температура составляет температуру окружающей среды минус 17 °C.

Поэтому прибор нельзя описывать как систему с гарантированным охлаждением до +4 °C при любых условиях. Достижимая нижняя температура зависит от окружающей среды, нагрузки и теплового состояния корпуса.

Скорость нагрева

Максимальная скорость нагрева матрицы с установленными пробирками составляет:

• от +1 до +75 °C — до 2 °C/с;
• выше +75 °C — до 1,8 °C/с.

Фактическая скорость зависит от:

• текущей и заданной температуры;
• числа одновременно работающих блоков;
• объёма реакционной смеси;
• выбранного алгоритма;
• температуры окружающей среды.

Скорость охлаждения

Максимальная скорость охлаждения зависит от температурного диапазона:

• от 99 до 80 °C — до 2 °C/с;
• от 80 до 70 °C — до 1,5 °C/с;
• от 70 до 60 °C — до 1 °C/с;
• от 60 до 25 °C — до 0,5 °C/с;
• ниже 25 °C — до 0,1 °C/с.

Снижение скорости при приближении к температуре окружающей среды связано с особенностями отвода тепла и термоэлектрического охлаждения.

Точность температурного контроля

Основные показатели температурной системы:

• дискретность установки температуры — 0,1 °C;
• неидентичность термоблоков — не более 0,2 °C;
• статическая ошибка измерения и поддержания температуры матрицы — не более ±0,3 °C;
• ошибка калибровки выносного датчика — не более ±1 °C;
• ошибка измерения температуры корпуса — не более ±1 °C.

Соблюдение температурных характеристик зависит от правильной установки прибора, свободной вентиляции корпуса и соответствия условий эксплуатации требованиям производителя.

Выносной датчик температуры

В комплект входит миниатюрный выносной температурный датчик.

Он применяется для проверки температуры реакционной смеси и имеет индивидуальную калибровочную характеристику, сохранённую в памяти конкретного прибора.

Датчик нельзя произвольно переставлять между разными экземплярами «Терцика». Использование датчика от другого прибора может привести к значительной ошибке измерения.

Для установки датчика предусмотрена дополнительная крышка термоблока с отверстием для провода.

Память программ

В памяти прибора сохраняется до 28 температурных программ.

Программа может включать:

• начальную температуру;
• последовательность температурных этапов;
• продолжительность каждого этапа;
• количество повторений;
• финальный этап;
• режим хранения;
• выбранный метод регулирования.

Сохранённые программы остаются доступными после отключения питания.

Автономное управление

Терцик оснащён собственным процессором и может выполнять сохранённые программы без постоянного подключения к компьютеру.

Автономное управление позволяет:

• выбирать программу;
• запускать отдельный термоблок;
• просматривать текущий этап;
• контролировать фактическую температуру;
• изменять параметры;
• останавливать выполнение;
• использовать разные программы на четырёх блоках.

Наличие встроенного управления снижает зависимость от состояния внешнего компьютера.

Подключение к компьютеру

Для соединения с компьютером используется последовательный интерфейс RS-232.

Компьютерное управление применяется для:

• создания программ;
• редактирования температурных протоколов;
• передачи программ в память прибора;
• запуска термоблоков;
• наблюдения за ходом реакции;
• архивирования рабочих параметров.

Современные компьютеры могут не иметь встроенного последовательного порта. В таком случае требуется совместимый преобразователь USB–RS-232, работоспособность которого необходимо проверить до ввода оборудования в эксплуатацию.

Конструкция крышек

Каждый термоблок оснащён крышкой с тарельчатой пружиной.

Пружинный механизм:

• предотвращает подъём пробирок при нагревании;
• прижимает пробирки к матрице;
• улучшает тепловой контакт;
• повышает воспроизводимость температурных условий.

Крышки не являются нагреваемыми. Для ограничения испарения необходимо использовать герметично закрытые пробирки и выполнять требования конкретной ПЦР-методики.

Бесшумная работа

В конструкции прибора отсутствуют основные механические узлы, постоянно перемещающиеся во время термоциклирования.

Отвод тепла осуществляется через металлический корпус и расположенные по его периметру вентиляционные каналы.

Прибор характеризуется низким уровнем рабочего шума и подходит для размещения непосредственно на лабораторном столе.

Преимущества

• Четыре независимых термоблока. Позволяют одновременно выполнять разные ПЦР-протоколы.
• До 40 реакций. Каждый блок рассчитан на 10 пробирок объёмом 0,5 мл.
• Рабочий объём 10–100 мкл. Поддерживает распространённые протоколы классической ПЦР.
• Три алгоритма регулирования. Доступны пассивный, быстрый и точный режимы.
• Активный температурный контроль. Ориентирован на достижение заданной температуры в реакционной смеси.
• Точность до ±0,3 °C. Обеспечивает контролируемое термоциклирование.
• Шаг 0,1 °C. Позволяет точно задавать температурные этапы.
• До 28 программ. Пользовательские протоколы сохраняются в памяти.
• Автономная работа. Для выполнения сохранённых программ постоянное подключение к компьютеру не требуется.
• Выносной датчик. Предназначен для контрольного измерения температуры реакционной смеси.
• Элементы Пельтье. Используются для нагрева и охлаждения термоблоков.
• Независимая работа пользователей. Разные блоки могут применяться для отдельных задач.
• Компактный корпус. Габариты составляют 207 × 241 × 85 мм.
• Масса 4 кг. Прибор легко размещается на рабочем месте.
• Низкое энергопотребление. Средняя мощность при быстром циклировании четырёх блоков составляет около 30 Вт.
• Бесшумная эксплуатация. Подходит для постоянного использования в лаборатории.
• Российское производство. Оборудование разработано и изготовлено в России.

Области применения

Терцик подходит для оснащения:

• клинико-диагностических лабораторий;
• лабораторий классической ПЦР;
• молекулярно-генетических лабораторий;
• инфекционных стационаров;
• центров гигиены и эпидемиологии;
• лабораторий Роспотребнадзора;
• научно-исследовательских институтов;
• образовательных лабораторий;
• ветеринарных лабораторий;
• лабораторий контроля пищевой продукции;
• лабораторий санитарно-эпидемиологического контроля;
• подразделений с небольшим и средним потоком исследований;
• лабораторий, которым требуется параллельное выполнение нескольких температурных программ;
• организаций, использующих методы конечной регистрации продуктов ПЦР.