Was ist ein Thermocycler?
Ein Thermocycler ist ein Gerät, das im PCR-Prozess verwendet wird, bei dem die Temperatur während der DNA-Verstärkung mehrmals von etwa 50 °C auf 100 °C eingestellt werden muss. Dies erfordert eine angemessene Temperaturkontrolle, und der Thermocycler ist ein Gerät, das für die Verwaltung der Temperaturzyklen und die Aufrechterhaltung der Temperatur wie ein Inkubator entwickelt wurde.
Mit einem Thermocycler kann die Temperatur der Reaktionslösung reguliert und die für die Reaktion benötigte Zeit gemessen werden, indem sie einfach als Programm eingegeben wird, wodurch die Temperaturkontrolle der Probenreaktion vollständig automatisiert wird.
Seit der Entwicklung von Thermocyclern wurde die zeitaufwändige Temperaturkontrolle automatisiert und die PCR-Analyse konnte drastisch verkürzt werden.
Anwendungen von Thermocyclern
Thermocycler werden vor allem dort eingesetzt, wo eine PCR-Analyse erforderlich ist, da sie zur Temperaturkontrolle der Reaktionen bei der PCR-Methode dienen. PCR steht für Polymerase ChainReaction, eine Methode zur Vervielfältigung und Analyse der zu untersuchenden DNA.
Die PCR-Analyse wird sehr häufig in Forschungsexperimenten eingesetzt, insbesondere in der Molekularbiologie, weshalb gleichzeitig auch Thermocycler verwendet werden.
Die PCR-Analyse wird durch Vervielfältigung und wiederholte Verlängerung der interessierenden DNA-Sequenz durchgeführt; zu den spezifischen Prozessen der PCR gehören thermische Denaturierungs-, Annealing- und Verlängerungsreaktionen, die jeweils eine angemessene Temperaturkontrolle bei etwa 50 °C bis 100 °C erfordern.
Außerdem wird die Amplifikation nicht in diesen drei Schritten abgeschlossen, sondern der Prozess wird viele Male wiederholt, zwischen 20 und 40 Mal, um die spezifische DNA zu amplifizieren. Daher muss die Temperatur viele Male angepasst werden, und der Thermocycler spielt bei diesem Prozess eine wichtige Rolle.
Bevor Thermocycler entwickelt wurden, war es sehr zeitaufwändig und mühsam, für jeden einzelnen Prozess Thermostatkammern vorzubereiten, die Temperatur auf die richtige Stufe einzustellen und die Zeit zu messen. Mit dem Einsatz von Thermocyclern ist es nun möglich, die PCR effizient durchzuführen.
Funktionsweise des Thermocyclers
Das Prinzip eines Thermocyclers ist einfach. Der Thermocycler besteht aus einer Metallplatte mit mehreren Löchern, dem so genannten Thermoblock. Wenn ein Temperierprogramm abläuft, schwankt die Temperatur der Metallplatte entsprechend dem Programm und die Reaktionsflüssigkeit wird erwärmt.
Früher wurden viele Wärmepumpen verwendet, um die Temperatur der Metallplatte zu steuern, aber seit kurzem gibt es Modelle, die Peltier-Elemente verwenden, um die Heizung und Kühlung effizienter zu steuern, indem einfach die Richtung des elektrischen Stroms geregelt wird.
Es wurden auch Schnittstellen entwickelt, um die Erstellung von Temperatursteuerungsprogrammen zu erleichtern, und viele können über einen angeschlossenen PC oder einen Touchscreen gesteuert werden.
Auswahl eines Thermocyclers
Thermocycler sollten im Allgemeinen ein hohes Maß an Präzision bei der Temperaturregelung und ein hohes Maß an Temperaturgleichmäßigkeit im Thermoblock aufweisen. Darüber hinaus gibt es Thermocycler mit einer Vielzahl weiterer Merkmale.
(i) Thermocycler mit mehreren Thermoblöcken
Mehrere Thermoblöcke ermöglichen eine unabhängige Temperaturregelung für jeden Block.
(ii) Thermocycler für die Echtzeit-PCR
Dieses Modell, das einen Thermocycler und einen Fluoreszenzdetektor in einem Gerät kombiniert, kann die Fluoreszenzintensität während der DNA-Amplifikation messen und eine quantitative Analyse durchführen, was eine PCR-Analyse in Echtzeit ermöglicht.
(iii) Thermocycler mit Heizdeckel
Ein beheizter Deckel, ein so genannter Heat-Lid, wird auf das Probenröhrchen aufgesetzt, um die Verdunstung zu verhindern, so dass die auf etwa 95 °C erhitzte Reaktionslösung nicht verdampft und dicker wird. Bei diesen Modellen ist die Zugabe von Mineralöl zur Reaktionslösung, die früher zur Verhinderung der Verdunstung verwendet wurde, nicht erforderlich, so dass sie mehr Zeit und Mühe sparen.