Khi mua máy PCR mới, các nhà khoa học nên lựa chọn mua một máy PCR vận hành ổn định, có độ bền cao. Theo ông Jeffrey Lai giải thích: “Ngày nay, máy PCR phải là một con ngựa làm việc cật lực trong phòng lab sinh học phân tử, chứ không phải là một món đồ chơi sang trọng. Máy PCR cần phải đáng tin cậy. Do vậy, Nhà sản xuất phải có khả năng xác nhận và đảm bảo độ tin cậy của máy PCR”.

Sau khi Kary Mullis đoạt giải Nobel về phát triển phản ứng chuỗi polymerase năm 1983, nhiều nhà khoa học muốn tự động hóa quá trình tốn nhiều công sức này. Chỉ vài năm sau, máy luân nhiệt PCR (Polymerase Chain Reaction) thương mại đầu tiên cung cấp khả năng tự động hóa. Mặc dù thường được gọi là máy PCR khuếch đại axit nucleic trong mẫu, nhưng việc gia nhiệt và làm lạnh có kiểm soát trong máy luân nhiệt PCR nhiệt có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác, bao gồm xác định trình tự DNA, nhân bản, nghiên cứu biểu hiện gen, v.v. Để chọn thiết bị tốt nhất cho một phòng thí nghiệm cụ thể, việc xem xét một số chi tiết thiết bị PCR và nhiều ứng dụng sẽ giúp ích cho bạn có một thiết bị phù hợp với các ứng dụng mong muốn.

Trước tiên, chúng ta hãy xem xét chức năng của máy PCR. Máy PCR được thiết kế "để chu trình nhiệt mẫu của bạn trong một khoảng thời gian nhất định". “Người dùng có thể lập trình thiết bị để thay đổi giữa nhiều nhiệt độ ủ, mỗi nhiệt độ trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó lặp lại thay đổi nhiệt độ trong một số chu kỳ nhất định”. Nhiệt độ và thời gian có thể phức tạp như một nhà khoa học mong muốn (Mr. Jeffrey Lai, giám sát sản phẩm tại nhà máy sản xuất Blue-Ray Biotech).

Khi các nhà khoa học phát triển các phương pháp mới, máy luân nhiệt PCR xuất hiện trong nhiều quy trình nghiên cứu hơn. Ví dụ, máy PCR có thể được sử dụng trong công nghệ chỉnh sửa gen CRISPR-Cas 9. Ông Jeffrey Lai cũng chỉ ra rằng máy PCR “có thể được sử dụng để thực hiện các phản ứng cần giữ nhiệt độ ủ chính xác, bao gồm một số phản ứng động học enzyme”.

Những thách thức mới trong khoa học và y tế thế giới cũng đang thúc đẩy các nhà khoa học mở rộng việc ứng dụng máy luân nhiệt PCR. Ngoài ra, các phương pháp khoa học mới và máy PCR tiên tiến hơn kết hợp với nhau để đưa ra những cách mới để sử dụng những thiết bị này.

Những tiến triển về độ chính xác của máy PCR

Với một máy PCR thương mại đầu tiên đã 33 tuổi, đây là công nghệ mới lúc bấy giờ, nhưng những vẫn cần cải thiện thiết bị PCR này. Ông Jeffrey Lai kể: “Sự cải tiến lớn đầu tiên là cách họ thay đổi nhiệt độ ủ. Máy PCR ban đầu bao gồm một số bộ phân để tạo ra các nhiệt độ khác nhau. Mẫu được di chuyển từ bộ phận này sang bộ phận khác để tạo sự luân nhiệt. Vào những năm 1980, việc sử dụng máy nén và bộ phận gia nhiệt đã tạo ra các máy PCR có thể gia nhiệt và hạ nhiệt mẫu ở cùng một vị trí. Sau đó, thiết bị luân nhiệt sử dụng công nghệ Peltier đã thay thế máy nén và bộ phận gia nhiệt để ủ mẫu, điều này, đã làm giảm kích thước và mức tiêu thụ điện của máy PCR”. Ngày nay, các nhà sản xuất máy PCR tiếp tục sử dụng công nghệ Peltier.

Tuy nhiên, máy PCR vẫn được tiếp tục cải tiến tốt hơn. Một số cải tiến bao gồm: tốc độ gia nhiệt và hạ nhiệt cao hơn. Tốc độ tăng nhiệt độ có thể lên đến khoảng 10 °C/giây và một số kiểu máy có thể lên đến 20 °C/giây bằng cách sử dụng đĩa ủ nhiệt (incubation block) chuyên dụng và các ống phản ứng.” Điều này làm giảm thời gian hoàn thành các thí nghiệm PCR.

Máy luân nhiệt PCR hiện đại cũng cung cấp nhiệt độ chính xác và nhất quán hơn. Độ chính xác của nhiệt độ kiểm soát có thể nhỏ hơn ±0,1 °C, độ chính xác nhiệt độ có thể nhỏ hơn ±0,2 °C và sự thay đổi nhiệt độ của đĩa ủ nhiệt có thể nhỏ hơn ±0,2 °C. Điều này, đảm bảo rằng các thí nghiệm có thể được thực hiện trong một điều kiện được kiểm soát tốt để giảm khả năng xảy ra sai sót.

Tuy nhiên, khai thác tối đa tính năng gia nhiệt và hạ nhiệt nhanh của máy PCR không phải tất cả. Trong một số ứng dụng, sự thay đổi nhiệt độ chậm quan trọng nhất. Ví dụ, với CRISPR-Cas9, kết quả phải được xác nhận sau khi chỉnh sửa gen. Một số phương pháp phát hiện yêu cầu nhiệt độ ủ giảm rất chậm, từ 85 °C xuống 25 °C với tốc độ làm lạnh ±0,1 °C/giây.

Các nhà khoa học thậm chí có thể điều khiển máy PCR mới từ xa qua Smartphone. Tính năng này có thể giúp các nhà khoa học lựa chọn về vị trí đặt máy PCR hoặc có thể mang lại lợi ích vận hành thiết bị PCR suốt ngày đêm một cách dễ dàng hơn.

Một loạt các ứng dụng mới của máy PCR   

Các tiện ích của máy PCR ngừng tăng lên. Một nhóm các nhà khoa học đã sử dụng máy real-time PCR để đo lường sự tăng trưởng của vi khuẩn trong nuôi cấy. Theo kết quả báo cáo của các nhà khoa học, việc thu thập dữ liệu trong thời gian thực “cho phép đơn giản hóa đáng kể và tăng hiệu quả chi phí trong việc tạo ra các đường cong tăng trưởng của vi khuẩn” và “cũng có thể theo dõi tính mẫn cảm của vi khuẩn đối với kháng kháng sinh, điều này đã mở ra một ứng dụng quan trọng khác của kỹ thuật PCR này. "

Những thách thức khoa học thay đổi cũng mở rộng việc ứng dụng máy luân nhiệt PCR. Việc phát hiện SARS-CoV-2 là một trong những thách thức mà máy PCR được ứng dụng. Ví dụ, một nhóm các nhà khoa học từ Đại học California San Francisco (UCSF) và Trung tâm Phát hiện và Chẩn đoán Virus UCSF-Abbott đã chỉ ra rằng loại máy PCR được sử dụng trong các xét nghiệm phát hiện virus SARS-CoV-2 ảnh hưởng đến phạm vi phát hiện.

Các nhà khoa học khác cũng khám phá việc sử dụng máy PCR kiểm soát virus này. Một ví dụ thú vị liên quan đến máy luân nhiệt miniPCR. Các nhà khoa học ở Mexico đã sử dụng một máy luân nhiệt miniPCR và máy đọc vi đĩa (microplate reader) trong một hệ thống xét nghiệm SARS-CoV-2. Các nhà khoa học báo cáo: Phương pháp đơn giản này cho phép phát hiện và khuếch đại axit nucleic SARSCoV-2 trong khoảng ~ 625 đến 2 × 105 bản sao DNA. Tính chính xác và đơn giản của chiến lược chẩn đoán này có thể cung cấp một giải pháp thay thế hiệu quả về chi phí và đáng tin cậy trong việc kiểm tra đại dịch Covid-19, đặc biệt là ở các khu vực kém phát triển để triển khai kỹ thuật RT-qPCR. Tính di động, dễ sử dụng và độ lặp lại cao của máy miniPCR đã trở thành một giải pháp thay thế đáng tin cậy để triển khai trong các nỗ lực phát hiện SARS-CoV-2 tại trung tâm kiểm soát và điều trị đại dịch Covid-19”.

Những kỳ vọng hợp lý về máy PCR trong phòng lab

Khi mua máy PCR mới, các nhà khoa học nên lựa chọn mua một máy PCR vận hành ổn định, có độ bền cao. Theo ông Jeffrey Lai giải thích: “Ngày nay, máy PCR phải là một con ngựa làm việc cật lực trong phòng lab sinh học phân tử, chứ không phải là một món đồ chơi sang trọng. Máy PCR cần phải đáng tin cậy. Do vậy, Nhà sản xuất phải có khả năng xác nhận và đảm bảo độ tin cậy của máy PCR”.

Nhà sản xuất cũng nên cung cấp dữ liệu về độ chính xác và tính nhất quán của máy PCR. Các thông số kỹ thuật bắt buộc sẽ phụ thuộc vào khả năng của máy PCR.

Sau hơn 30 năm trong phòng lab sinh học phân tử, máy PCR tiếp tục đóng một vai trò cơ bản, từ nghiên cứu đến ứng dụng xét nghiệm ở nhiều lĩnh vực khác nhau. Khi các nhà khoa học mở rộng các ứng dụng của máy PCR trong kiểm soát dịch bệnh, ngày càng rõ ràng rằng máy PCR đóng vai trò cơ bản trong các dự án nâng cao sức khỏe con người và thậm chí có thể cứu sống người.

(Nguồn: nhà sản xuất Blue-ray Biotech - Đài Loan).