Temperaturüberwachung im dreiphasigen PCR-Zyklus der DNA-Probenamplifikation

Berührungslose Temperaturüberwachung beim PCR-Prozess zur DNA-Probenamplifikation erforderlich

Ein Forschungsinstitut, das Desoxyribonukleinsäure (DNA)-Proben amplifiziert, benötigt eine effiziente Lösung zur schnellen und einfachen Temperaturmessung aller Proben während des Amplifikationsprozesses, um zuverlässig zu erkennen, welche Proben zu heiß und damit unbrauchbar sind.

Die Amplifikation von DNA-Proben erfolgt über die Polymerase-Kettenreaktion (PCR), eine grundlegende Methode in der Molekularbiologie. Der Prozess besteht aus einem dreiphasigen Zyklus: Denaturierung, Annealing (Anlagerung) und Elongation (Verlängerung).

In jeder dieser Phasen werden die DNA-Proben unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt, die exakt eingehalten werden müssen. Werden die Temperaturen während des dreiphasigen PCR-Zyklus nicht korrekt gesteuert, kann dies die Effizienz und Genauigkeit der DNA-Amplifikation erheblich beeinträchtigen.

Die Proben werden in Thermocyclern erhitzt, die über integrierte Heizelemente und Peltier-Module verfügen. Der Heizprozess kann kontinuierlich überwacht und gesteuert werden.

Der Prozess beginnt mit der Denaturierung der doppelsträngigen DNA bei etwa 94 °C bis 96 °C, wobei die beiden Stränge getrennt werden. In der anschließenden Annealing-Phase wird die Temperatur auf etwa 50 °C bis 65 °C gesenkt, damit sich die Primer an die komplementären DNA-Sequenzen anlagern können. Es folgt die Elongationsphase bei etwa 72 °C, in der die DNA-Polymerase – ein hitzestabiles Enzym – die DNA-Synthese entlang der Matrizenstränge katalysiert.

Entscheidend ist, dass die Temperaturmessung berührungslos erfolgen muss, da die DNA-Proben keinesfalls kontaminiert werden dürfen – ein physischer Kontakt würde sie unbrauchbar machen.

Darüber hinaus sollte die Temperaturmessung die Steuerung und Anpassung des Heizprozesses ermöglichen. Mehrere Proben sollten gleichzeitig erfasst und überprüft werden können, um den Prozess effizient und kostensparend zu gestalten.

Hochgeschwindigkeits- und Hochauflösende Radiometrische Infrarotkameras für die biomedizinische Forschung

Die PI-Kameraserie ist ideal für biomedizinische Forschungsanwendungen geeignet, da sie alle wesentlichen Eigenschaften für dieses spezialisierte Einsatzgebiet bietet. Besonders wichtig sind die radiometrischen Fähigkeiten dieser Infrarotkameras, die präzise Temperaturmessungen ermöglichen. Im Gegensatz zu einfachen Wärmebild- oder Überwachungskameras, die lediglich Temperaturvisualisierungen liefern, erfassen radiometrische Kameras exakte Temperaturwerte für jedes einzelne Pixel. Diese Genauigkeit ist entscheidend bei der Überwachung temperaturempfindlicher Prozesse wie der DNA-Amplifikation, bei der die exakte Temperaturkontrolle essenziell für die DNA-Integrität ist. Radiometrische Kameras erkennen kleinste Temperaturunterschiede und Anomalien und ermöglichen so eine detaillierte Analyse, Dokumentation und wissenschaftliche Auswertung.

Neben der hohen optischen Auflösung und thermischen Empfindlichkeit, die für den Anwender von Bedeutung sind, bietet die PI 450i eine Messfrequenz von 80 Hz. Damit lassen sich hochauflösende, radiometrische Wärmebilder in Echtzeit erfassen, in denen selbst kleinste Temperaturdifferenzen sichtbar werden – auch bei schnellen Prozessabläufen.

Ein weiterer Vorteil der Integration der Optris PI 450 in biomedizinische Prozesssteuerungssysteme ist die hohe Flexibilität. Die Kamera kann über USB oder GigE-Schnittstellen mit dem PC verbunden werden und bietet optionale analoge und digitale Prozessschnittstellen für Ein- und Ausgänge. Forscher und Ingenieure können die PI 450 dank der lizenzfreien Analysesoftware und des umfangreichen SDK problemlos in ihre individuellen Anwendungen einbinden. Diese Flexibilität ermöglicht eine nahtlose Integration in bestehende Laborgeräte und Automatisierungssysteme.