Cycler termico/DNA Cycler

Introduzione

I termociclatori (anche detti ciclatori per DNA, ciclatori termici, dispositivi di PCR o amplificatori di DNA) vengono usati per amplificare i segmenti di DNA tramite la reazione a catena della polimerasi e sono fondamentali per i laboratori di biologia molecolare. Il loro utilizzo è essenziale per applicazioni come l'individuazione e la diagnosi di malattie infettive ed ereditarie, la clonazione di DNA per il sequenziamento e la tipizzazione del DNA.

I termociclatori offrono un ambiente termico controllato per i campioni di DNA necessari durante la variazione ciclica di temperatura. Poiché il processo si basa fortemente sul controllo preciso della temperatura, è fondamentale che questa apparecchiatura abbia una corretta gestione termica.

Bio-Rad necessitava della migliore progettazione termica possibile per il suo nuovo modello di termociclatore, perciò ha contattato Aavid, la divisione di gestione termica di Boyd Corporation.

Sfida

Per garantire prestazioni ottimali in termini di precisione, uniformità e velocità, il sistema di ottimizzazione termica del prodotto doveva essere dotato di un dissipatore di calore in grado di mantenere le variazioni di temperatura da campione a campione al di sotto di +/-0,5°C

Aavid aveva inoltre la necessità di stabilire se fosse possibile rimuovere i dissipatori laterali dal blocco che conteneva i campioni consigliando uno schema di isolamento e materiali per l'interfaccia termica adeguati.

Soluzione

Gli ingegneri di Aavid hanno valutato diversi sistemi combinati con dissipatore di calore e ventola creando modelli di simulazione termica e del flusso d'aria per scegliere elementi quali la tipologia, il numero e la posizione delle ventole, e la geometria dei dissipatori di calore. Queste simulazioni hanno contribuito alla selezione di sistemi combinati ottimali con dissipatore di calore e ventola. In seguito il team ha realizzato un prototipo dell'unità per acquisire tutti i dettagli relativi al calore e al flusso d'aria. Il prototipo è stato collaudato per le variazioni di temperatura, e i dati sono stati usati per ottenere previsioni più precise e affidabili basandosi sulle simulazioni.

Per ottimizzare ulteriormente il design complessivo del prodotto, gli ingegneri Aavid hanno valutato se fosse funzionale rimuovere i dissipatori di calore usati per ridurre le variazioni di temperatura tra i vari campioni. Le simulazioni hanno rivelato che collocando della schiuma di poliuretano in alcune aree chiave è possibile mantenere costanti le variazioni di temperatura tra i diversi campioni senza utilizzare i dissipatori laterali.

Implementazione

Bio-Rad ha utilizzato la soluzione raccomandata Aavid e l'ha implementata nel loro design Thermal Cycler, che è ancora in fase di produzione oggi.

Risultati

Questo termociclatore Bio-Rad è ormai in uso da diversi anni con risultati eccellenti. Bio-Rad è nota per la sua attrezzatura di amplificazione della PCR efficace e dalle prestazioni elevate: negli anni, il prodotto finale continua a risultare sempre preciso e affidabile.

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