Fala Galera!

Fazia tempo que estava para postar aqui o andamento do termociclador do Lab. Muita gente me perguntava sobre ele, mas estava meio sem tempo de postar. Hoje vai...

Para quem não conhece, trata-se de um equipamento bastante utilizado na área de biologia e genética. Resumidamente, ele é um bloco que esquenta e esfria seguindo um "protocolo" definido pelo utilizador. No bloco é colocada uma amostra de DNA, que através de reagentes especiais, utiliza a PCR ou "polymerase chain reaction", uma reação que amplifica um segmento definido na amostra de DNA. https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_cycler

O que despertou o nosso interesse em desenvolvê-lo foi o fato de ser um equipamento essencial para a galera de biologia sintética e biohacking, uma área muito interessante.

A gente desenvolveu esse equipamento com o apoio do Edgar Andrés Ochoa, ele é PhD em biotecnologia e responsável pelo site http://www.syntechbio.com/. O Andrés nos apoiou na parte "biológica" da coisa. Enquanto o Lab ficou responsável pelo desenvolvimento e montagem do equipamento, o Andrés realizou os testes e orientou sobre a PCR.

O projeto ainda está em desenvolvimento. Estamos pensando em como inovar e usar o que aprendemos até aqui para criar um equipamento com diferenciais sobre os modelos disponíveis no mercado. De qualquer maneira, esse protótipo já é funcional e foi bem nos testes com amostras reais, o que consolida nosso conhecimento até aqui.

O coração do equipamento é um bloco de alumínio onde são colocadas as amostras. Abaixo dele há uma pastilha peltier, que esquenta ou resfria o bloco dependendo da direção da corrente elétrica que flui. O calor extraído do bloco pela peltier é conduzido para um cooler com uma ventoinha.

Para o controle do sistema todo foi utilizado um Garagino programado em ambiente Arduino. A interface com o usuário pode ser o display de LCD e botões ou a Serial de um computador.

O programa interage com o usuário solicitando os parâmetros que ele deseja programar (patamares de temperatura, tempo de cada patamar, número de repetições, entre outros). Após setado o protocolo, o equipamento aquece a tampa e inicia os ciclos. Um controle do tipo PD foi utilizado, mas o próximo passo é a implementação de um controle PID.

A tampa deve ser aquecida para que não haja condensação na superfiície do tubo plástico onde fica armazenada a amostra (ependorff). Esse aquecimento é feito por um resistor de potência e controlado pelo Garagino através de um termistor. A temperatura do bloco é controlada da mesma maneira, mas ao invés do resistor foi utilizada uma peltier, que também permite o resfriamento.

A eletrônica é formada basicamente por uma ponte H com mosfets para a peltier e mosfets para os coolers e resistor da tampa, além de LEDs para monitoramento, regulador de tensão, etc.

Como a pastilha peltier possui baixa resistência é importante que a fonte de alimentação de todo o equipamento tenha boa capacidade. Uma fonte ATX de 430W foi utilzada. A sua saída de 12V principal oferece 28A nominal (elas nunca entregam o que prometem) foi mais do que suficiente para manter a estabilidade da tensão.

Os resultados foram bem animadores. O equipamento foi testado lado a lado com modelos comerciais 10x mais caros para checarmos os resultados, e apesar de levar o dobro do tempo, o equipamento não ficou devendo nada para seus "concorrentes". Vejam os resultados após a eletroforese

 

1. 1Kb ladder

2. Controle Negativo

3. Amplificação 300pb Lab de Garagem

4. Amplificação 700pb Lab de Garagem

5. Amplificação 300pb Máquina Comercial

6. Amplificação 700pb Máquina Comercial

Segundo avaliação do nosso especialista, Andrés:

"As três fotografias representam o mesmo experimento, a máquina comercial demorou a metade do tempo para correr a reação de PCR. Nossa maquina demorou 4h.

A reação ocorreu bem nas duas máquinas e o controle negativo funcionou(#2). Uma coisa que deu para notar foi uma banda inespecífica na amplificação de 300pb da nossa maquina(#3) quando comparada com a máquina comercial(#5), mas isto não tem problema, é normal ter variação entre máquinas e sempre o experimentador ajusta isto. Normalmente é causado pela diferença na rampa (velocidade de subida e descida da temperatura). Ainda assim, nossa máquina teve um desempenho satisfatório e comparável com qualquer máquina no mercado".

Assim, ficamos bem animados com o resultado. O objetivo agora é buscar mais inovação para associar com o nosso aprendizado até aqui para criar algo novo para o mercado. Enquanto isso, vamos dividindo o conhecimento com a comunidade por aqui.

Para quem estiver interessado em conhecer a programação, segue arquivo com o código utilizado nesses primeiros testes:

termociclador_v_0_3_2.zip

Proximas etapas:

- Implementação de um controle PID (está só com PD)

- Aprimorar o controle através do painel (está com vários bugs)

- Incorporar um resistor para aquecimento do bloco (isso irá acelerar as rampas de subida)

- Melhorar desenho e isolamento térmico da tampa

- Novo gabinete metálico

- Novos testes, etc, etc

Até a próxima!

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