Cẩm nang Khoa học Mùa hè: Khi Sóng nhiệt 40°C Gặp phải Thí nghiệm Phân tử

Nhiệt độ cao đã kéo dài trên khắp Trung Quốc gần đây. Vào ngày 24 tháng 7, Đài Khí tượng Tỉnh Sơn Đông đã ban hành cảnh báo nhiệt độ cao màu vàng, dự đoán nhiệt độ "như phòng tắm hơi" là 35-37°C (111-133°F) và độ ẩm 80% trong bốn ngày tới ở các khu vực nội địa. Nhiệt độ ở những nơi như Turpan, Tân Cương, đang tiến gần đến 48°C (111-133°F). Vũ Hán và Hiếu Cảm, Hồ Bắc, đang trong tình trạng cảnh báo màu cam, với nhiệt độ vượt quá 37°C ở một số khu vực. Trong cái nóng thiêu đốt này, thế giới vi mô bên dưới bề mặt của các ống nhỏ giọt đang trải qua những nhiễu loạn bất thường—tính ổn định của axit nucleic, hoạt động của enzyme và trạng thái vật lý của thuốc thử đều bị biến dạng một cách lặng lẽ bởi đợt nắng nóng.

Chiết xuất axit nucleic đã trở thành một cuộc chạy đua với thời gian. Khi nhiệt độ ngoài trời vượt quá 40°C, ngay cả khi bật điều hòa, nhiệt độ của bàn phẫu thuật thường dao động trên 28°C. Vào thời điểm này, các mẫu RNA để ngoài trời bị phân hủy nhanh hơn gấp đôi so với mùa xuân và mùa thu. Trong quá trình chiết xuất hạt từ, dung dịch đệm bị bão hòa cục bộ do dung môi bay hơi nhanh và các tinh thể dễ dàng kết tủa. Các tinh thể này sẽ gây ra biến động lớn về hiệu quả thu giữ axit nucleic. Độ bay hơi của dung môi hữu cơ cũng tăng theo. Ở 30°C, lượng cloroform bay hơi tăng 40% so với 25°C. Trong quá trình vận hành, cần đảm bảo tốc độ gió trong tủ hút là 0,5m/giây và sử dụng găng tay nitrile để duy trì hiệu quả bảo vệ.

Các thí nghiệm PCR phải đối mặt với những nhiễu loạn nhiệt độ phức tạp hơn nữa. Các thuốc thử như enzyme Taq và enzyme phiên mã ngược cực kỳ nhạy cảm với những biến động nhiệt độ đột ngột. Sự ngưng tụ trên thành ống sau khi lấy ra khỏi tủ đông -20°C có thể làm giảm hơn 15% hoạt tính của enzyme nếu nó xâm nhập vào hệ thống phản ứng. Các dung dịch dNTP cũng có thể cho thấy sự phân hủy có thể phát hiện được chỉ sau 5 phút tiếp xúc với nhiệt độ phòng (>30°C). Hoạt động của thiết bị cũng bị cản trở bởi nhiệt độ cao. Khi nhiệt độ môi trường phòng thí nghiệm >35°C và khoảng hở tản nhiệt của thiết bị PCR không đủ (<50 cm tính từ thành), chênh lệch nhiệt độ bên trong có thể lên tới 0,8°C. Độ lệch này có thể khiến hiệu suất khuếch đại ở rìa của đĩa 96 giếng giảm hơn 40%. Bộ lọc bụi nên được vệ sinh thường xuyên (bụi tích tụ làm giảm hiệu suất tản nhiệt tới 50%) và nên tránh điều hòa không khí trực tiếp. Hơn nữa, khi thực hiện các thí nghiệm PCR qua đêm, tránh sử dụng thiết bị PCR như một "tủ lạnh tạm thời" để lưu trữ mẫu. Bảo quản ở nhiệt độ 4°C trong hơn 2 giờ có thể gây ra hiện tượng ngưng tụ sau khi nắp đậy được làm nóng đóng lại, làm loãng hệ thống phản ứng và có khả năng ăn mòn các mô-đun kim loại của thiết bị.

Đối mặt với những cảnh báo nhiệt độ cao liên tục, các phòng thí nghiệm phân tử cũng nên cảnh báo. Các mẫu RNA quý giá nên được bảo quản ở phía sau tủ đông -80°C, chỉ được phép tiếp cận trong thời gian nhiệt độ cao. Việc mở cửa tủ đông -20°C quá năm lần một ngày sẽ làm trầm trọng thêm sự dao động nhiệt độ. Thiết bị sinh nhiệt cao cần ít nhất 50 cm không gian tản nhiệt ở cả hai bên và mặt sau. Hơn nữa, nên sắp xếp lại thời gian thí nghiệm: 7:00-10:00 sáng cho các hoạt động nhạy cảm với nhiệt độ như chiết xuất RNA và nạp qPCR; 1:00-4:00 chiều cho các công việc phi thí nghiệm như phân tích dữ liệu. Chiến lược này có thể ngăn ngừa hiệu quả các đỉnh nhiệt độ cao gây ảnh hưởng đến các bước quan trọng.

Các thí nghiệm phân tử trong đợt nắng nóng là một bài kiểm tra về cả kỹ thuật lẫn sự kiên nhẫn. Dưới cái nắng gay gắt của mùa hè, có lẽ đã đến lúc đặt pipet xuống và thêm một hộp đá vào mẫu để dụng cụ tản nhiệt tốt hơn. Sự tôn trọng đối với biến động nhiệt độ chính là phẩm chất quý giá nhất của phòng thí nghiệm trong những tháng hè nóng nực—suy cho cùng, trong cái nóng 40°C của mùa hè, ngay cả các phân tử cũng cần một "vùng cực nhân tạo" được bảo vệ cẩn thận.