أنت هنا:إصنعها»الأجهزة الطبية»جهاز تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR)

إذا بحثت عن معنى سوسن، ببر، عُقاب... قد تجد في المعاجم أن الأول نبات والثاني حيوان والثالث طائر، لكنها ستعجز عن رسم صورها في ذهنك. موقع العنقاء يحل لك هذه المشكلة.

جهاز تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR)

كتبه الأجهزة الطبية 234 2 مميز
آخر تعديل في الأحد, 03 كانون2/يناير 2021 03:40
جهاز تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR)
قيم الموضوع
(2 أصوات)

سيوضح لك هذا المقال كيفية صنع جهاز تدوير حراري من الصفر بتكلفة 85 دولارًا تقريبًا.


تقديم

 

باختصار، يقوم تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) بتضخيم أجزاء من الحمض النووي، مما ينتج ملايين النسخ من التسلسل المستهدف. يمكنك استخدامه لاختبار عينة من الحمض النووي لجين معين، على سبيل المثال، للتحقق من التعديل الوراثي في ​​الطعام واختبار الجينات الوراثية. خلال تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR)، يتم تدوير خليط من الحمض النووي، بوليميراز DNA  والمشرع (Primer)  بين ثلاثة إعدادات مختلفة لدرجة الحرارة، مرارًا وتكرارًا.

 

يستخدم في هذا المشروع اردوينو للتحكم في اثنين من المقاومات عالية الطاقة لتسخين العينة، مروحة كمبيوتر للتبريد  ومزدوجة حرارية لتتبع درجة الحرارة. يدعم التصميم عينتين في وقت واحد، على الرغم من أنه يمكن تمديده لدعم المزيد.

 


الخطوة 1: المزيد عن PCR

 

لتشغيل تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR)، أنت بحاجة إلى DNA، مواد أولية تطابق التسلسل الذي تحاول تكراره والبوليميراز.

 

يتكون PCR من 3 خطوات يتم تدويرها مرارًا وتكرارًا:

  • تمسخ (~ 94 درجة مئوية): في هذه الخطوة، يتفكك الحمض النووي، وينقسم من حلزون مزدوج إلى خيوط مفردة
  • التلدين (~ 60 درجة مئوية): ترتبط الاشعال بالحمض النووي أحادي الجديلة
  • الامتداد (~ 72 درجة مئوية): يكمل البوليميراز الحمض النووي، ويصنع خيوطًا من التسلسل المستهدف

 

للمزيد من المعلومات، قم بزيارة الرابط التالي:

تفاعل البوليمراز المتسلسل

يمكن أن تمتد كل مرحلة من هذه المراحل من 20 إلى 30 ثانية وتتكرر أكثر من 30 مرة، اعتمادًا على البروتوكول. تقترح معظم البروتوكولات أيضًا وجود خطوة تمسخ أولية أطول وخطوة تمديد نهائية أطول.

 

يمكن تصور نتائج PCR باستخدام الهلام الكهربائي. يتم تحميل عينات الحمض النووي في مادة هلامية، ويتم تطبيق جهد كهربائي  عالي عبرها. نظرًا لأن الحمض النووي سالب الشحنة، فإنه ينتقل عبر الهلام بسرعات مختلفة اعتمادًا على حجمه. ستفصل هذه العملية القطع التي تريدها بشكل فعال، ويمكنك رؤيتها عن طريق تلطيخ الجل.

إليك برنامج تعليمي جيد وإذا كنت تحاول القيام بها بنفسك، فإن مشروع Macgyver هو مرجع جيد جدًا.

 

يمكن إجراء تفاعل البوليميراز المتسلسل باستخدام 3 حمامات مائية (يتم الاحتفاظ بكل منها في أحد إعدادات درجة الحرارة الثلاثة). يمكن نقل العينات جسديًا من حمام واحد إلى أكثر من 30 مرة. تم تطوير آلات PCR لجعل العملية تلقائية (اتوماتيكية)، لكن معظم

 


الخطوة 2: المواد

 

 

 

العناصر

المواصفات

الكمية

الثمن

مقاومات سلكية

 150 أوم / 50 واط

2

10 دولارات

Arctic Silver Thermal Epoxy

 

1

14 دولارًا

مرحل صلب الحالة    

25A AC / DC SSR

1

8.5 دولارات

كتلة الألومنيوم

 الأبعاد:   64 ملم × 64 ملم × 26 ملم.

1

 5 دولارات

لوحة Arduino  

 

1

 20 دولارًا

اختراق MAX31855

قد يكون Adafruit واحدًا أكثر موثوقية

1

11 دولارًا

سلك حراري

 

1

10 دولارات

مروحة 60 مم

 

1

4 دولارات

ترانزستور /  12 فولت

يجب أن يكون TIP120

1

 0.7 دولارًا

مصدر طاقة

( 12VDC / 0.5A)

1

1 دولار

كابل طاقة عادي

     

الخشب الرقائقي

     

عدد قليل من البراغي والصواميل المختلفة

     

 


الخطوة 3: كتلة الألومنيوم

 

لقد اخترنا الألومنيوم لإيواء عيناتنا لأنه موصل حراري جيد ويسهل الحصول عليه والعمل معه نسبيًا. لقد قمنا بتشكيل مركز الكتلة بحيث يمكن للمقاومات أن تتلاءم مع العينات. يتم قطع الجزء الخارجي من الكتلة مثل غرفة التبريد للسماح بتبريد أسرع. الصور التالية لها أبعادنا الخام (بالملم).

 


الخطوة 4: نظرة عامة على الدارة

 

The Circuit Overview

تتكون الدائرة من:

 1) مرحل صلب الحالة  الذي يحرك مقاومات السخان؛

 2) مروحة، مدعومة بمصدر 12 تيار مستمر ويتم التحكم فيها بواسطة اردوينو من خلال ترانزستور NPN ؛

 3) مزدوج حراري مع اندلاع MAX31855

 

عند توصيل الإلكترونيات لأول مرة، أقترح لوح التجارب وليس اللحام. إذا انتهى بك الأمر إلى تصميم غير صحيح، فيتعين عليك فصل بعض الأشياء وإعادة توصيلها.

 


الخطوة 5: الدائرة - المقاومات

 

قم بتقسيم محول الطاقة وفصله كما هو موضح في الصورة الأولى. اربط المقاومات على النحو التالي:

 

  1. السلك الأسود ←  دبوس 1 على المرحل
  2. السلك الأبيض ←  أحد المقاومات.
    قم بتوصيل المقاوم الثاني على التوالي. قم بتوصيل المقاومات الثانية بالدبوس 2 على المرحل.

قم بتوصيل اردوينو بالمرحل

  1. Arduino pin 7 ←  دبوس 3 على التتابع
  2. Arduino GND ←  دبوس 4 على التتابع

 

يجب أن تكون المقاومة الإجمالية 300 أوم مع مقاومات 150 أوم على التوالي. لذلك مع وجود جهد مخرج في الولايات المتحدة يبلغ 120 فولت، يجب أن يكون التيار 0.4 أمبير، مما يجعل القوة الكهربائية 48 واط. تم تصنيف المقاومات بـ 50 وات، لذلك يجب أن يكون هذا جيدًا، ولكن يرجى التحقق مرة أخرى، خاصة إذا كان المنفذ الخاص بك يعمل على 230 فولت (ستحتاج إلى مقاومات مختلفة ذات قوة كهربائية أعلى).


الخطوة 6: المروحة الدائرية

 

هذا هو الإعداد الأساسي حيث يتم تشغيل المروحة بواسطة مصدر طاقة DC، والذي يتم التحكم فيه بواسطة Arduino من خلال المقاوم NPN.

 

هذه هي الإعدادات:

  1. اردوينو دبوس 9 ←  قاعدة الترانزستور
  2. سلك أسود للمروحة ←  جامع الترانزستور
  3. Arduino GND←  باعث الترانزستور
  4. Arduino GND ←  أرضي على محول التيار المستمر (السلك الأسود)
  5. السلك الأحمر للمروحة ←  السلك الأحمر (الطاقة) في محول التيار المستمر

The Circuit- Fan

The Circuit- Fan


الخطوة 7: الدائرة - الحرارية و MAX31855 اندلاع

 

هناك برنامج تعليمي رائع حول كيفية إعداد المزدوجة الحرارية والاختراق. لقد تبعه مشروعنا إلى حد كبير تمامًا، لذا فإن الاعدادات هي:

 

Arduino pin 4 ←  قم بإدخال دبوس DO  في  MAX31855

Arduino pin 5 ←  دبوس CS في MAX31855

Arduino pin 6 ←  دبوس CLK في  MAX31855

Arduino GND & VCC ←  إلى GND و VCC في MAX31855

 

مسامير المزدوجة الحرارية في لوحة الكسر (السلك الأصفر إلى +). 

 


الخطوة 8: التجميع

 

 

Assembly

استخدم اللاصق الحراري لربط المقاومات بالشقوق الموجودة في كتلة الألومنيوم. تستغرق المادة اللاصقة حوالي 5 دقائق لتثبيتها، وتأكد من أن الأسطح متدفقة (سيحدد ذلك مدى سرعة نقل الحرارة إلى العينة).

 

يمكنك أيضًا استخدام اللاصق الحراري للصق نهاية السلك الحراري بالكتلة (حيث يتم استشعار درجة الحرارة). ستحصل على دقة أفضل إذا قمت بتضمين السلك في الكتلة. يمكنك حفر ثقب صغير في الأعلى، بين فتحات أنبوب PCR وإرفاق المزدوجة الحرارية بذلك.

Assembly

Assembly


الخطوة 9: اختبرها باستخدام الكود

 

Test It With Code

يمكنك إلقاء نظرة على كود المشروع هنا. ربما ستحتاج أيضًا إلى مكتبة max6675. الفكرة الأساسية هي أن تقوم بضخ التيار عبر المقاومات للتسخين (عن طريق ضبط Arduino pin 7 على أعلى ) ؛ وقم بتشغيل المروحة للتبريد (عن طريق ضبط Arduino pin 9 على أعلى). يمكنك فحص درجة الحرارة عن طريق استقصاء المزدوج الحراري.

 

الشيء الرئيسي هو عدم ارتفاع درجة حرارة (أو حتى تفجير) المقاومات والعينة.

*** لا يجب أبدًا ترك التيار يمر عبر المقاومات لفترات طويلة من الوقت !!! ***

لن تستجيب المزدوجة الحرارية على الفور للتغيرات في درجة الحرارة. يقوم كود "التسخين" الخاص بنا بتشغيل التيار عبر المقاومات لمدة نصف ثانية تقريبًا ثم يتحقق من المزدوجات الحرارية. كل 15 ثانية، تنتهي مهلة النظام وينتظر الوصول إلى درجة حرارة ثابتة. هذا يضمن أننا نحصل على تأخيرات في المزدوجة الحرارية، ونترك كتلة الألومنيوم تسخن بالتساوي. يحتوي كود التسخين أيضًا على عدد قليل من الفحوصات للتأكد من توصيل المزدوج الحراري بشكل صحيح، وعدم تسخينه بسرعة كبيرة، وعدم ارتفاع درجة الحرارة، وما إلى ذلك.

 

تحذير: *** لا تترك هذا قيد التشغيل دون مراقبة !! ***

 

عند التبريد، تذكر أن المروحة ستستمر في الحركة لبضع ثوانٍ بعد إغلاقها، لذا من الأفضل إيقاف تشغيل المروحة بمقدار درجة أو درجتين قبل الوصول إلى درجة الحرارة المثالية.

 

يتم الاحتفاظ بدرجة الحرارة ثابتة عن طريق نبض المقاومات لجزء صغير من الثانية والتحقق باستمرار من قيم درجة الحرارة.

نظرًا لقيود المزدوجة الحرارية و Arduino، يمكنك الحصول على دقة تصل إلى 0.5± درجة مئوية.

ومع ذلك، نظرًا لأن موقع Adafruit يشير إلى دقة أو 2± درجة مئوية، فقد تحتاج أيضًا إلى معايرة المزدوجة الحرارية بميزان حرارة فعلي أولاً.

 

تستغرق الدورات الـ 32 الكاملة حوالي 3 ساعات (اعتمادًا على كيفية إعداد الحالة).

Test It With Code


الخطوة 10: العلبة

 

Case

هذا إجراء اختياري، لكن الغلاف يجعل أوقات التسخين أسرع. استخدمنا BoxMaker لصنع صندوق بسيط، و قمنا بتعديله قليلاً. أضفنا مجموعة من الثقوب للتهوية من الأمام والجوانب. أضفنا أيضًا فتحات لتركيب براغي للمروحة في الخلف. تحتوي القطعة السفلية على فتحتين لولبيتين لإرفاق المرحل، وفتحتان إضافيتين للبراغي الأطول لكتلة الألومنيوم. يتكون الجزء العلوي من قطعتين منفصلتين لتسهيل الوصول إليه. يمكنك الحصول على ملف VSD.

بالنسبة لمادة العلبة، يجب أن يكون الخشب أو الخشب الرقائقي جيدًا لأنه عازل جيد جدًا.

 

بمجرد قطع القطع بالليزر، قم بإرفاق المرحل بالجزء السفلي. قم بتوصيل المروحة بالقطعة الخلفية، مع التأكد من أن المروحة مثبتة داخل العلبة.

ثم يمكنك استخدام غراء الخشب لربط الجزء السفلي والجوانب معًا.

كتلة الألومنيوم توضع فوق البرغيين الأطول. لقد قمنا بحفر فتحتين إضافيتين في الجزء العلوي والسفلي من كتلة الألومنيوم لجعلها أكثر إحكامًا (على بعد حوالي 48 مم).

 

قد تحتاج إلى إعادة تجميع بعض الدوائر لتغذية الأسلاك من خلال العلبة.

Case

Case

Case

Case

Case

Case

Case

Case

Case


الخطوة 11: قم بتشغيلها!

 

يمكنك اختباره باستخدام الزيت المعدني، أو يمكنك إنفاق بعض المال والحصول على مجموعة PCR حقيقية. يمكنك تسريع أوقات التبريد عن طريق وضع بعض الثلج خلف المروحة. حاليًا، تستغرق 32 دورة حوالي 3 ساعات.


تأليف

 

تأليف: staceyk

ترجمة: مصطفى عاشق (المغرب) 


المراجع

 

https://www.instructables.com/Arduino-PCR-thermal-cycler-for-under-85/

التعليقات  

صفية
+1 # صفية 2021-01-08 14:48
السلام عليكم
شكرا أخي على هذا المقال النادر. :-) بالفعل، العديد من الدول تحتاج لهذا ولا سيما الفقيرة منها.
بقراءة هذا المقال ققلت في نفسي أنه يمكن استخدام الكود والمروحة والمقاومتين صنع مكيف هوائي أو بالأحرى مسخن هوائي.
هل ترى أنه يمكن ذلك؟ 8)

ملاحظة: لو كتبت الكود عوض عن الصورة لكان أفضل لمن يريد أن ينسخه ويعدله.
رد | رد مع اقتباس | اقتباس | تقرير إلى المدير
ابن عبد الرحمان
+1 # ابن عبد الرحمان 2021-01-08 15:16
شكرا أخي مصطفى على المقال الفريد.
هل هذا الجهاز يستخدم لفحص كورونا فقط أم يمكن استخدامه للكشف عن فيروسات أخرى؟
رد | رد مع اقتباس | اقتباس | تقرير إلى المدير

أضف تعليقا


إصنعها يريد أن يتأكد أنك لست روبوتا، لذلك أحسب ما يلي:

كود امني
تحديث