Termociclador

Termociclador.

Un termociclador, también conocido como máquina de PCR o reciclador térmico de PCR es un aparato usado en Biología Molecular que permite realizar los ciclos de temperaturas necesarios para una reacción en cadena de la polimerasa de amplificación de ADN o para reacciones de secuencia con el método de Sanger. El modelo más común consiste en un bloque de resistencia eléctrica que distribuye a través de una placa una temperatura homogénea durante tiempos que pueden ser programables, normalmente con rangos de temperatura de 4 °C a 96 °C. Dado que las reacciones incubadas en el aparato son en soluciones acuosas, suelen incluir una placa de tapa calentada constantemente a 103 °C para evitar la condensación de agua en las tapas de los tubos donde ocurre la reacción, y así evitar que los solutos se concentren, lo que modificaría las condiciones óptimas para la enzima polimerizante y la termodinámica del apareamiento de los iniciadores. También existen otras tecnologías menos populares utilizando distribución de aire caliente en tubos suspendidos, logrando el mismo objetivo de transferir calor eficientemente a la reacción para que cambien los ciclos de temperaturas. Entonces, en el termociclador se programan ciclos rápidos y continuos para iniciar los procesos de separación y desnaturalización de las cadenas de ADN molde a bajas temperaturas, luego a bajas temperaturas el anillamiento e los iniciadores para que luego actúe la Polimerasa Taq incorporando los dNTPs de acuerdo al ADN molde durante el proceso de PCR.

Sin duda, el termociclador ha sido una gran herramienta, la cual ha ayudado enormemente a la comunidad científica al momento de realizar experimentos a través de la técnica de reacción en cadena polimerasa, la cual aunque posee solo tres pasos para ser realizada, conlleva cambios de temperatura que deben ser muy precisos ya que cualquier error de cálculo puede resultar en un experimento fallido. Debido a estas implicancias, fue necesario idear una tecnología dura con la cual se pudiera obtener una reacción en cadena polimerasa con el menor inconveniente posible, donde solo se introdujeran los reactivos y la reacción se desarrollara sin ninguna intervención manual, de esta necesidad se logró desarrollar el termociclador, el cual se encarga de transformar energía ( energía eléctrica a energía térmica para cambiar la temperatura, dependiendo de la etapa a la cual se encuentre el experimento), intercambiar información (ya que el software se encarga de recibir y dar información con respecto al experimento) y controlar tanto la materia como la energía con la cual se realiza el experimento, por ende el termociclador trabaja con los tres tipos de operando en lo que a tecnología se refiere ( materia, energía e información).

Distintos tipos de termocicladores

Termociclador estándar

Desde sus inicios, esta tecnología se ha ido desarrollando para adaptarse a las distintas necesidades, por ejemplo existen termocicladores en los cuales los ciclos no producen evaporación de la mezcla (utilizando gotas de aceite mineral), otros que permiten realizar varios programas al mismo tiempo y otros que permiten trabajar a temperaturas diferentes, y muchos otros más. Pero en lo que a modelo estándar se refiere, encontraremos como características un teclado y pantallas las cuales nos indican la temperatura, los ciclos y el tiempo.

Desde hace algunos años varias compañías que fabrican y comercializan estos aparatos han cambiado la resistencia eléctrica por la tecnología Peltier aprovechando las propiedades de los semiconductores. Este material ofrece mejor uniformidad en la temperatura y rampas de incremento y decremento de la temperatura mucho más pronunciadas, obteniendo mejores resultados en los procesos del PCR. En la búsqueda de mejorar la precisión, exactitud y homogeneidad de la temperatura también se han introducido metales como el oro, la plata y otras aleaciones en los bloques de los pozos, logrando estabilidad y reproducibilidad en los ensayos. Los actuales termocicladores son capaces de realizar rápidos cambios de temperatura, y de esta forma realizar los pasos de desnaturalización del ADN, alineamiento o unión del cebador con la secuencia de ADN complementaria y extensión de la cadena de ADN de forma cíclica. En otras palabras, la tecnología del termociclador ha llegado a ser muy versátil en cuanto a las distintas necesidades de los experimentos que van surgiendo con el tiempo.

Los inconvenientes de los termocicladores que utilizan celdas peltier es que se pueden dañar facilmente, además la mayoría de termocicladores traen incorporado el módulo de mando allí mismo a través de una pantalla líquida o pantalla de última generación (que son bastante costosos).

Precauciones de uso

Muchos instrumentos en los laboratorios pueden provocar ciertos accidentes, y el termociclador no es la excepción:

  • El calentar las muestras puede provocar explosiones debido a la diferencia de velocidad de calentamiento produce burbujas que pueden estallar.
  • Si no se tiene aflojado el tapón de las botellas o matraces es posible que estos estallen.
  • Se debe utilizar la ropa y pantalla facial adecuadas, y controlar la intensidad del aparato, que solo puede ser la máxima con agua y la mínima si se utiliza gel de agarosa.
  • Deberá existir una tabla que muestre los tiempos en cada posición del potenciometro y de las cantidades a emplear.

Innovaciones

Termocicladores con flujo de aire que no utilizan celdas peltier y que son muy estables y de alto desempeño existen también, como los desarrollados por Abbi Win de Colombia, reciente empresa que desarrolla equipos termocicladores (Termogen I), por otro lado también incorporan conexión vía USB de tal manera que el entorno de operación se realiza desde el Computador y no desde el mismo equipo.

Actualmente la misma empresa creadora de Termogen I trabaja en el desarrollo de varias innovaciones para sus termocicladores:

  1. Termocicladores de flujo de aire en tiempo real.
  2. Termocicladores de flujo de aire en tiempo real y de uso familiar.

Esto quiere decir que esta empresa está encaminando el uso de los termocicladores a personas no expertas en el tema, lo que fuera el uso e impulso de las computadoras en los años 70´s y 80´s.

Bajo el sistema de flujo de aíre y el desarrollo de nuevas gradillas para los tubos que contienen la mezcla de PCR (Reacción en Cadena de la Polimerasa)[1] han logrado bajar los costos de un equipo termociclador.

En cuanto a los termocicladores convencionales utilizan una tapa caliente que en ocasiones si llega a fallar puede dañar todo el proceso de PCR, mientras que los termocicladores que utilizan flujo de aíre como Termogen I no tienen dicho problema pues no utilizan tapa caliente, ya que el aire más caliente llega por la parte superior del tubo que contiene la mezcla de PCR evitando así la condensación de la mezcla.

El desarrollo de la nueva gradilla para el proceso de PCR en Termogen I se basa en dos láminas que se encuentran a cierta posición la una de la otra y el flujo de aíre que llega de la parte superior se mantiene relativamente estable entre el espacio de las dos láminas que es donde se encuentra la mayor parte del tubo de PCR.

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