如何使用自動化桌上型熱循環儀節省實驗室時間

PCR 技術的省時演進

在液體處理器的平台上使用和不平台上使用自動熱循環儀的區別在於回收的時間。如果實驗室裡有六個額外的小時，你會怎麼做？

與生命本身一樣，現代生物技術是基於精確複製 DNA 的能力。生物學家劫持了細胞中內建的核酸複製機制，創建了聚合酶鍊式反應 (PCR)——這是現代分子生物學的基石方法，允許它們自己複製 DNA。 1983 年，諾貝爾獎得主凱裡·穆利斯 (Kary Mullis) 表明，您可以透過精確的溫度序列來協調樣本，從而操縱目標 DNA 序列的複製。當時，進行 PCR 實驗意味著科學家需要花費數小時手動將試管移入和移出不同溫度的水浴，以實現這些溫度循環。 1988 年，Celtis 和 Perkin-Elmer 推出了一種名為熱循環儀的設備，用於自動執行 PCR 實驗所需的精確溫度變化。它比水浴法更快、更有效率，但成本超過 10 萬美元——遠遠超出了大多數生物學家的承受能力。直到 90 年代中期，ML Laboratories 等公司開始製造價格更實惠的加熱蓋的機器，大多數實驗室才開始使用熱循環儀。

PCR 技術的省時演進

如今，PCR 的省時創新似乎停滯不前。儘管已經創建了新型 PCR（如定量和數位 PCR），但自 1990 年代中期以來，在省時方面並沒有取得重大進展。大多數生物學家仍在使用與 20 年前發明的熱循環儀技術上類似的熱循環儀，並且每週仍要花費數小時手動準備反應。 Opentrons 熱循環儀代表了 PCR 使用者在省時方面的下一個重大飛躍。

為什麼節省時間如此重要

機器人讓您可以並行工作，以更快完成更多工作——尤其是配備熱循環儀的機器人，它們可以處理更長的工作流程。

第一種節省時間的方式是基本的一對一任務完成的好處。如果一個人可以在一小時內準備 100 個樣本，並在一小時內回覆 10 封電子郵件，那麼他們需要 2 小時來完成這兩項任務。但如果他們讓機器人進行樣品準備，他們可以在 1 小時內完成這兩項任務——這是一種相當簡單的提高生產率的方法。

但是，當您考慮更長的時間段時，節省的時間會倍增。假設您有 600 個樣本需要準備，以每小時 100 個樣本的相同速度進行機器人運行。還有一個六小時的會議，您有機會出席。

您可以自動準備樣品並參加會議嗎？

理論上，當然可以：6 小時 x 100 個樣本/小時 = 600 個樣本。但是誰來裝載和卸載機器人？誰來在運行之間設定自動化？你可以自動化所有 6 小時的樣品準備，但你只能在六個一小時的時間內完成。所以，即使你可以為自己節省六個小時的生產力，你也不能去參加會議。你需要的（在這個例子中）是一個可以在一次運行中完成所有 600 個樣本的機器人。這樣，你就可以點擊“開始”，在六個小時後在會議上展示後回來，完成你所有的實驗室工作。一個六小時的時間段和六個一小時的時間段之間的差異可能是有意義的工作和忙碌的工作之間的差異。此外，有些工作只需要長時間不間斷的時間來完成。在《製造者的時間表，經理的時間表》一文中，保羅·格雷厄姆指出，一些創造性的任務，如寫一篇文章或編寫一個演算法，最好以這種方式完成：一個小時是不夠的，不足以集中精力並取得有意義的進展。只有兩個小時的時間來完成這些複雜的任務，你幾乎沒有足夠的時間進入狀態——更糟的是，一旦你進入心流狀態，你就不得不放棄。

桌上型熱循環儀如何為您節省大量時間

如果您的實驗室已經實現了從基因分型和定序到克隆和基因編輯等工作流程的自動化，那麼在液體處理機器人上添加一台桌上型熱循環儀可以將您的空閒時間增加 3 倍。充分利用整合熱循環儀的協議非常複雜，涉及孵育或 PCR 步驟之前和之後的多個子協議。讓我們以次世代定序 (NGS) 文庫製備協議為例。透過僅自動化工作流程中的移液和磁珠處理步驟，您可以減輕約 2/3 的工作量。這就是酵素製備（碎片化 + a-tailing 等）、清理、索引和池化步驟，這些步驟可以由帶有磁性模組的 OT-2 機器人完成。如果機器人的甲板上沒有熱循環儀，那麼一個人（或另一個更昂貴的機器人）必須親自將準備好的反應物移入熱循環儀。擴增完成後，他們還需要親自取回樣本——將它們從熱循環儀上取下，然後放回機器人上，進行最後的磁性和移液步驟。

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