Thermocycler-Lastenheft

Prolog

Thermocycler sind Geräte mit gesteuerter Heiz- und Kühlfunktion. Sie sind in der Lage mehr oder weniger kleine Flüssigkeitsvolumina (10 bis 100µl) gesteuert nach einem bestimmten Programm auf 50 bis 110°C zu erhitzen und auch gezielt von der oberen Temperatur auf eine untere Temperatur zu kühlen. Die Heiz- und Kühlschritte sollen dabei so schnell wie technisch machbar erfolgen. Um Verdampfungsverluste zu vermeiden, werden die in kleinen Gefäßen mit den darin befindlichen Flüssigkeiten verschlossen. Die Temperatur des Deckels wird dabei so geführt, dass sie stets um 2°C über der Temperatur der Flüssigkeit in dem Gefäß liegt.

Innerhalb der Reaktionsgefäße laufen bei den jeweiligen Temperaturen unterschiedliche biochemische Reaktionen in der Flüssigkeit ab. Enzymatisch kommt es zur Kopie eines DNA-Abschnittes und zu einer Trennung der Kopie von der Vorlage – woraufhin eine neue Kopie erstellt werden kann. Man subsummiert den Vorgang unter „Polymerasekettenreaktion“ oder PCR. Innerhalb eines Arbeitsganges können je nach Bedarf 10 bis 100 Temperaturwechsel erfolgen. Meist wird zu einer Zeit nicht nur mit einem Gefäß im Thermocycler gearbeitet sondern mit vielen. Einige Thermocycler können dabei bis zu 100 Reaktionsgefäßen zugleich verarbeiten. Entscheidend für die Qualität des Gerätes sind neben der nachvollziehbaren und schnellen Erhitzung und Abkühlung deren gleichförmiger Verlauf innerhalb des Heizblocks. Meist werden neben unbekannten Proben auch bekannte Vergleichsproben zur Kontrolle mit verarbeitet.

Das OpenPCR-Projekt hat eine Thermocycler aus leicht beschaffbaren „Alltags-„Bauteilen entwickelt, der mit seinen Leistungsdaten den teuren, kommerziellen Geräten die Stirn bieten kann. Zudem ist er noch für einen vergleichsweise geringen Pries zu bekommen. Weil die Arbeitsgruppe, die dieses Gerät vor einige Jahren entwickelt hat, neue Ziele anstrebt, ruht die Entwicklung am einmal entwickelten Thermocycler. In der Entwicklung befindet sich nun ein sogenannter Realtime-Cycler; ein Gerät bei dem der Reaktionserfolg während der stattfindenden Reaktion quantifizierbar ist.

Für viele Fragestellungen reicht das OpenPCR-Gerät vollkommen aus und deshalb hat sich eine Arbeitsgruppe der Technikgarage vorgenommen, die in der Praxis auftretenden Wünsche nach Modifikation oder Erweiterung auf der Basis des OpenPCR-Gerätes umzusetzen. Das OpenPCR-Gerät basiert auf dem Modell offener Hard- und Software und so soll auch die Fortentwicklung auf dieser Basis umgesetzt werden.

Lastenheft

Wunschliste aus der Praxis:

  • Ich möchte mehrere Programme auf einmal löschen können
  • Programm für PCR auf Computer eingeben, dann an Thermocycler weitergeben
    • Wenn möglich auf 2 verschiedene Arten
    • 1. Art: man hat eine Art „Grundprogramm“ und nimmt Änderungen vor, bzw. man wird gefragt nach den einzelnen Schritten wie: Deckelheizung, Startdenaturierung, wie viele Zyklen,…
    • 2. Art: man muss sich aus Bausteinen die richtigen heraussuchen, ohne, dass man speziell danach gefragt wird
    • Man braucht folgende Schritte:
  • Temperaturschritt: verschiedene Temperaturen, verschiedene Zeiten
  • Schleife mit x Wiederholungen
  • Schleifenende
  • Deckelheizung
  • Lagerung (könnte man aber auch über Temperaturschritt machen)
  • Heiz- und Kühlrate steuerbar?
  • Programme speichern (mit Name, Datum, evtl. Bemerkung)
  • Programme ausdrucken
  • Bedienungssprache englisch/deutsch?
  • Anzeige, wie lang das Programm braucht
  • Überprüfung des Programms, also ob das im Prinzip Sinn macht, z.B. Schleifenende vergessen oder ähnliches
  • Fehler einzeln und auch nachträglich korrigierbar
  • Übersichtliche Anzeige, man weiß wo das Programm ist auf einen Blick
  • Anzeige der Restlaufzeit
  • Thermoblock auswechselbar (z.B mit Thermoblock für 1,5ml Eppis, damit man den Thermocycler als Heizblock verwenden kann)
  • Deckelheizung:
  • An- und ausschaltbar
  • Vorheizen möglich
  • Jeder Schritt (ob Temperaturschritt, oder Zykluszahl, oder Deckelheizung, ….) frei mit jedem anderen kombinierbar
  • Jede Anzahl an loops möglich (also auch 0 oder 2 oder mehr)
  • Kann man die minimal und maximal erreichbare Temperatur verändern? Bzw. welchen Temperaturbereich deckt der Thermocycler ab?
  • Programme kopieren möglich

Aus Qualitätssicherung und allgemeinen Laborforderungen kommt hinzu:

  • Das Gerät muss ein Gehäuse erhalten, das abwaschbar und laborzugelassen ist (Nicht Holz)
  • Die Bedienung des Gerätes sollte Audit-Trail-fähig konzipiert sein.
  • Die Übertragung von Programmen auf ein weiteres Gerät soll möglichst einfach sein.
  • Temperaturen, Zeiten der programmierten und der tatsächlichen Läufe sollen als Log-Datei verfügbar sein.
  • Die Serviceeigenschaften des Gerätes sind zu optimieren. Service und Freigaben sind im Gerät zu speichern.

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