PCR實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化的益處

PCR 是一種分子生物學(xué)的核心應(yīng)用之一，用于檢測和定量特定基因，是基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)等下游應(yīng)用的重要組成部分。PCR是一項(xiàng)耗時(shí)、耗人力且容易出錯(cuò)的分子生物學(xué)技術(shù)。往往高質(zhì)量的PCR實(shí)驗(yàn)需要耗費(fèi)大量時(shí)間和金錢，這兩點(diǎn)成為了很多科研工作者的項(xiàng)目瓶頸。然而，通過十多年的優(yōu)化和改進(jìn)，實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化應(yīng)運(yùn)而生，實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用能夠減少人力和預(yù)算限制，為科學(xué)家提供更高效、準(zhǔn)確的結(jié)果。

自動(dòng)化為PCR實(shí)驗(yàn)帶來了很多有效的幫助。本文將討論其中三個(gè)最核心的優(yōu)勢:
1、改善數(shù)據(jù)質(zhì)量
2、提高通量
3、降低成本

提高數(shù)據(jù)質(zhì)量：準(zhǔn)確度和精確度
PCR 包括兩個(gè)工作步驟:1)反應(yīng)設(shè)置;2)梯度加熱在 PCR 實(shí)驗(yàn)過程中，準(zhǔn)確度和精確度非常關(guān)鍵。試劑和樣品必須按精確的量分裝、混合和轉(zhuǎn)移，以獲得高質(zhì)量的結(jié)果。因此，精準(zhǔn)移液是一個(gè)嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵性能因素。
在進(jìn)行PCR時(shí)，大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室通常會使用微量移液器，并且將體積降至最低為1以。在這個(gè)體積下，大多數(shù)自動(dòng)化系統(tǒng)可媲美熟練的人工技術(shù)人員，使得實(shí)際移液體積與目標(biāo)體積相差不超過 5%。

降低變異性和錯(cuò)誤
自動(dòng)化系統(tǒng)可以最大限度地減少變異性并消除錯(cuò)誤且在面臨復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)步驟或大量樣品時(shí)，人工執(zhí)行難度較大，此時(shí)，自動(dòng)化可以替代人工完成這項(xiàng)挑戰(zhàn)。

PCR 實(shí)驗(yàn)的步驟可能涉及眾多獨(dú)立的操作，這些操作會在長達(dá)幾個(gè)小時(shí)的過程中進(jìn)行，考慮到大多數(shù)PCR實(shí)驗(yàn)的規(guī)模，移液任務(wù)在整個(gè)項(xiàng)目中會被反復(fù)執(zhí)行無數(shù)次(更多討論請參閱第三章)
即使是熟練的人工技術(shù)人員也會出現(xiàn)注意力不集中和移液錯(cuò)誤。通常的解決辦法就是重新執(zhí)行整個(gè)過程。然而，機(jī)器人系統(tǒng)可以不知疲倦地執(zhí)行移液操作，并且可以做到每次都將正確的液體移至正確的孔中。通過消除人工失誤帶來的重復(fù)操作，可以節(jié)省您的試劑和寶貴的時(shí)間(有關(guān)成本節(jié)約的更多信息請參下文)。此外，通過消除錯(cuò)誤，自動(dòng)化系統(tǒng)可以提供更準(zhǔn)確的下游數(shù)據(jù)。

復(fù)現(xiàn)性和一致性
生物科研實(shí)驗(yàn)需要具備復(fù)現(xiàn)性和一致性，不僅是為了確保結(jié)果的正確性，也是為了增加研發(fā)人員的信心。自動(dòng)化能夠更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的復(fù)現(xiàn)性和一致性。而移液操作是影響測定復(fù)現(xiàn)性的一個(gè)關(guān)鍵因素。自動(dòng)化消除了實(shí)驗(yàn)者技術(shù)上的變異性，因?yàn)闄C(jī)器人每次都以相同的方式執(zhí)行每個(gè)步驟，同時(shí)，這有助于更好的后續(xù)分析。

減少人工操作時(shí)間，提高吞吐量
除了提高數(shù)據(jù)質(zhì)量外，自動(dòng)化還可以增加實(shí)驗(yàn)室的吞吐量，更快地運(yùn)行更多的 PCR反應(yīng)，并釋放寶貴的人工操作時(shí)間。PCR 應(yīng)用的時(shí)間長度可能有很大的差異。對于典型的 PCR 過程，包括設(shè)置和運(yùn)行，通常需要1-2小時(shí)的時(shí)間。自動(dòng)化系統(tǒng)可以在相似的時(shí)間內(nèi)完成PCR反應(yīng)，但僅需不到 15 分鐘的人工操作時(shí)間，而且自動(dòng)化系統(tǒng)可以在夜間和周末工作。減少人工操作時(shí)間，讓科研人員可以把時(shí)間聚焦在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析上，發(fā)揮他們寶貴的知識技能。

降低成本
自動(dòng)化系統(tǒng)可能需要一筆相當(dāng)大的采購費(fèi)用。但是，通過提高效率和性能，許多實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)出將可以抵消其設(shè)備投入，并且還可以節(jié)省總體成本。將繁瑣的手工移液操作替換為高效的機(jī)器人技術(shù)可以在多個(gè)方面節(jié)省成本。通過消除錯(cuò)誤操作導(dǎo)致的重復(fù)實(shí)驗(yàn)的需要，自動(dòng)化可以避免樣本、試劑和耗材的浪費(fèi)。此外，通過縮短實(shí)驗(yàn)周期，自動(dòng)化還可以節(jié)省長時(shí)間實(shí)驗(yàn)的固定成本。盡管短期內(nèi)投資和學(xué)習(xí)曲線似乎很大，但通過引用自動(dòng)化，多數(shù)實(shí)驗(yàn)室真正實(shí)現(xiàn)了降本增效。

投資回報(bào)率預(yù)估(ROI)
實(shí)驗(yàn)室通過自動(dòng)化獲得的投資回報(bào)率(ROI)可以通過當(dāng)前手動(dòng)工作流程成本與使用自動(dòng)化系統(tǒng)后潛在成本之間的差異進(jìn)行計(jì)算。這些成本將取決于實(shí)驗(yàn)室的整體需求，例如特定試劑的價(jià)格或?qū)嶋H操作時(shí)間的費(fèi)用。但事實(shí)上對ROI影響最大的因素是實(shí)驗(yàn)室的吞吐量。

確切地量化成本可以通過將樣品、試劑、耗材、勞動(dòng)力和設(shè)備歸納為一個(gè)衡量指標(biāo):每個(gè)樣品的成本(CPS)。實(shí)驗(yàn)室可以使用CPS作為基準(zhǔn)，根據(jù)當(dāng)前和未來的吞吐量進(jìn)行推算，并與自動(dòng)化的成本進(jìn)行對比。
要計(jì)算CPS，首先將實(shí)驗(yàn)室在一定時(shí)期內(nèi)的試驗(yàn)費(fèi)用相加。接下來，加上手動(dòng)操作所需的勞動(dòng)力小時(shí)數(shù)的衡量指標(biāo)。全職當(dāng)量(FTE)可用于量化這些小時(shí)數(shù)。FTE會為所進(jìn)行的工作分配一個(gè)每小時(shí)工資。

這可以是技術(shù)人員的實(shí)際工資或一個(gè)合理的估計(jì)值。您還可以將 FTE 以小時(shí)而不是貨幣方式進(jìn)行量化，以便關(guān)注節(jié)省的時(shí)間。然后將這些成本除以該時(shí)期運(yùn)行的樣品數(shù)量商就是您的 CPS，可以以每個(gè)樣品的美元或美元和 FTE 小時(shí)來表示。

計(jì)算投資回報(bào)率的下一步是用自動(dòng)化系統(tǒng)量化您的CPS只需將使用新系統(tǒng)的等量樣品的試劑和 FTE 成本相加。然后加上與自動(dòng)化系統(tǒng)本身相關(guān)的成本，如購買價(jià)格(請參考第 4章)。將這個(gè)總和除以您打算運(yùn)行的樣品數(shù)量，就可以得到一個(gè)可比較的 CPS.

具有良好投資回報(bào)率的自動(dòng)化系統(tǒng)將提供價(jià)格適中的機(jī)器，并且具有最低的運(yùn)營成本，并能夠通過降低成本獲得所討論的結(jié)果。您運(yùn)行的樣品越多，就可以節(jié)省更多的操作時(shí)間和減少更多的錯(cuò)誤測定廢料，這樣節(jié)省成本的凈值效果就會被放大。

原文地址：自動(dòng)化 PCR 電子書