PCR實驗自動化的益處

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是一項耗時、耗人力且容易出錯的分子生物學(xué)技術(shù)。往往高質(zhì)量的PCR實驗需要耗費大量時間和金錢，這兩點成為了很多科研工作者的項目瓶頸。然而，通過十多年的優(yōu)化和改進，實驗室自動化應(yīng)運而生，實驗室自動化技術(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。

自動化為PCR實驗帶來了很多有效的幫助。本文將討論其中三個最核心的優(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 包括兩個工作步驟:1)反應(yīng)設(shè)置;2)梯度加熱在 PCR 實驗過程中，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)移液是一個嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵性能因素。
在進行PCR時，大多數(shù)實驗室通常會使用微量移液器，并且將體積降至最低為1以。在這個體積下，大多數(shù)自動化系統(tǒng)可媲美熟練的人工技術(shù)人員，使得實際移液體積與目標(biāo)體積相差不超過 5%。

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

PCR 實驗的步驟可能涉及眾多獨立的操作，這些操作會在長達幾個小時的過程中進行，考慮到大多數(shù)PCR實驗的規(guī)模，移液任務(wù)在整個項目中會被反復(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誤。通常的解決辦法就是重新執(zhí)行整個過程。然而，機器人系統(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，通過消除錯誤，自動化系統(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
生物科研實驗需要具備復(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。自動化能夠更好地實現(xiàn)實驗的復(fù)現(xiàn)性和一致性。而移液操作是影響測定復(fù)現(xiàn)性的一個關(guān)鍵因素。自動化消除了實驗者技術(shù)上的變異性，因為機器人每次都以相同的方式執(zhí)行每個步驟，同時，這有助于更好的后續(xù)分析。

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

降低成本
自動化系統(tǒng)可能需要一筆相當(dāng)大的采購費用。但是，通過提高效率和性能，許多實驗室的產(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器人技術(shù)可以在多個方面節(jié)省成本。通過消除錯誤操作導(dǎo)致的重復(fù)實驗的需要，自動化可以避免樣本、試劑和耗材的浪費。此外，通過縮短實驗周期，自動化還可以節(jié)省長時間實驗的固定成本。盡管短期內(nèi)投資和學(xué)習(xí)曲線似乎很大，但通過引用自動化，多數(shù)實驗室真正實現(xiàn)了降本增效。

投資回報率預(yù)估(ROI)
實驗室通過自動化獲得的投資回報率(ROI)可以通過當(dāng)前手動工作流程成本與使用自動化系統(tǒng)后潛在成本之間的差異進行計算。這些成本將取決于實驗室的整體需求，例如特定試劑的價格或?qū)嶋H操作時間的費用。但事實上對ROI影響最大的因素是實驗室的吞吐量。

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

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

計算投資回報率的下一步是用自動化系統(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。然后加上與自動化系統(tǒng)本身相關(guān)的成本，如購買價格(請參考第 4章)。將這個總和除以您打算運行的樣品數(shù)量，就可以得到一個可比較的 CPS.

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

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