คู่มือวิทยาศาสตร์ฤดูร้อน: เมื่อคลื่นความร้อน 40°C พบกับการทดลองทางโมเลกุล

อุณหภูมิสูงยังคงปกคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่ของจีนเมื่อเร็วๆ นี้ เมื่อวันที่ 24 กรกฎาคม หอสังเกตการณ์อุตุนิยมวิทยามณฑลซานตงได้ออกประกาศเตือนภัยอุณหภูมิสูงระดับสีเหลือง โดยคาดการณ์ว่าอุณหภูมิจะสูงถึง 35-37 องศาเซลเซียส (111-133 องศาฟาเรนไฮต์) และความชื้นสัมพัทธ์ 80% ในอีกสี่วันข้างหน้าในพื้นที่ตอนใน อุณหภูมิในพื้นที่ต่างๆ เช่น ทูร์ฟาน มณฑลซินเจียง กำลังเข้าใกล้ 48 องศาเซลเซียส (111-133 องศาฟาเรนไฮต์) ขณะที่อู่ฮั่นและเสี่ยวกัน มณฑลหูเป่ย กำลังอยู่ภายใต้การเตือนภัยระดับสีส้ม โดยมีอุณหภูมิสูงกว่า 37 องศาเซลเซียสในบางพื้นที่ ท่ามกลางความร้อนระอุนี้ โลกใต้พื้นผิวของปิเปตกำลังเผชิญกับความผิดปกติที่ผิดปกติ ทั้งเสถียรภาพของกรดนิวคลีอิก การทำงานของเอนไซม์ และสถานะทางกายภาพของสารตั้งต้น ล้วนถูกบิดเบือนอย่างเงียบๆ จากคลื่นความร้อน

การสกัดกรดนิวคลีอิกกลายเป็นการแข่งขันกับเวลา เมื่ออุณหภูมิภายนอกสูงกว่า 40°C แม้จะเปิดเครื่องปรับอากาศ อุณหภูมิของโต๊ะผ่าตัดมักจะสูงกว่า 28°C ในเวลานี้ ตัวอย่าง RNA ที่ทิ้งไว้ในที่โล่งจะเสื่อมสภาพเร็วกว่าในฤดูใบไม้ผลิและฤดูใบไม้ร่วงถึงสองเท่า ในการสกัดด้วยลูกปัดแม่เหล็ก สารละลายบัฟเฟอร์จะอิ่มตัวเฉพาะที่เนื่องจากการระเหยของตัวทำละลายที่เร่งขึ้น และผลึกจะตกตะกอนได้ง่าย ผลึกเหล่านี้จะทำให้เกิดความผันผวนอย่างมากในประสิทธิภาพการจับกรดนิวคลีอิก ความผันผวนของตัวทำละลายอินทรีย์จะเพิ่มขึ้นพร้อมกัน ที่อุณหภูมิ 30°C ปริมาณคลอโรฟอร์มที่ระเหยจะเพิ่มขึ้น 40% เมื่อเทียบกับ 25°C ในระหว่างการทำงาน จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าความเร็วลมในตู้ดูดควันอยู่ที่ 0.5 เมตร/วินาที และควรใช้ถุงมือไนไตรล์เพื่อรักษาประสิทธิภาพในการป้องกัน

การทดลอง PCR ต้องเผชิญกับการรบกวนของอุณหภูมิที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น รีเอเจนต์เช่นเอนไซม์ Taq และเอนไซม์ reverse transcriptase มีความไวสูงต่อความผันผวนของอุณหภูมิอย่างฉับพลัน การควบแน่นบนผนังท่อหลังจากนำออกจากช่องแช่แข็งที่อุณหภูมิ -20°C อาจทำให้เอนไซม์สูญเสียกิจกรรมมากกว่า 15% หากเข้าสู่ระบบปฏิกิริยา สารละลาย dNTP ยังสามารถตรวจพบการเสื่อมสภาพได้หลังจากสัมผัสกับอุณหภูมิห้องเพียง 5 นาที (มากกว่า 30°C) การทำงานของเครื่องมือยังถูกขัดขวางโดยอุณหภูมิสูง เมื่ออุณหภูมิแวดล้อมในห้องปฏิบัติการสูงกว่า 35°C และระยะห่างในการระบายความร้อนของเครื่องมือ PCR ไม่เพียงพอ (น้อยกว่า 50 ซม. จากผนัง) ความแตกต่างของอุณหภูมิภายในอาจสูงถึง 0.8°C ความเบี่ยงเบนนี้อาจทำให้ประสิทธิภาพการขยายสัญญาณที่ขอบของแผ่นเพลท 96 หลุมลดลงมากกว่า 40% ควรทำความสะอาดแผ่นกรองฝุ่นเป็นประจำ (การสะสมของฝุ่นจะลดประสิทธิภาพการระบายความร้อนลง 50%) และควรหลีกเลี่ยงการเปิดเครื่องปรับอากาศโดยตรง ยิ่งไปกว่านั้น เมื่อทำการทดลอง PCR ข้ามคืน ควรหลีกเลี่ยงการใช้เครื่อง PCR เป็น “ตู้เย็นชั่วคราว” เพื่อเก็บตัวอย่าง การเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 4°C นานกว่า 2 ชั่วโมงอาจทำให้เกิดการควบแน่นหลังจากปิดฝาที่อุ่นแล้ว ส่งผลให้ระบบปฏิกิริยาเจือจางลง และอาจกัดกร่อนโมดูลโลหะของเครื่องได้

เมื่อเผชิญกับคำเตือนเรื่องอุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่อง ห้องปฏิบัติการโมเลกุลควรส่งสัญญาณเตือนภัยเช่นกัน ตัวอย่าง RNA ที่มีค่าควรเก็บไว้ที่ด้านหลังของตู้แช่แข็งอุณหภูมิ -80°C โดยจำกัดการเข้าถึงเฉพาะช่วงอุณหภูมิสูง การเปิดประตูตู้แช่แข็งอุณหภูมิ -20°C มากกว่าห้าครั้งต่อวันจะทำให้ความผันผวนของอุณหภูมิรุนแรงขึ้น อุปกรณ์ที่ก่อให้เกิดความร้อนสูงจำเป็นต้องมีพื้นที่ระบายความร้อนอย่างน้อย 50 เซนติเมตรทั้งด้านข้างและด้านหลัง นอกจากนี้ ขอแนะนำให้ปรับเวลาการทดลองใหม่: 7:00-10:00 น. สำหรับการดำเนินงานที่ไวต่ออุณหภูมิ เช่น การสกัด RNA และการโหลด qPCR; 13:00-16:00 น. สำหรับงานที่ไม่ใช่การทดลอง เช่น การวิเคราะห์ข้อมูล กลยุทธ์นี้สามารถป้องกันจุดสูงสุดของอุณหภูมิสูงไม่ให้รบกวนขั้นตอนสำคัญได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การทดลองทางโมเลกุลในช่วงคลื่นความร้อนเป็นการทดสอบทั้งเทคนิคและความอดทน ภายใต้แสงแดดอันร้อนแรงของฤดูร้อน บางทีอาจถึงเวลาวางปิเปตลงแล้วเติมน้ำแข็งลงในตัวอย่างของคุณอีกกล่องหนึ่งเพื่อให้อุปกรณ์ระบายความร้อนได้มากขึ้น ความเคารพต่อความผันผวนของอุณหภูมินี้ถือเป็นคุณสมบัติอันล้ำค่าที่สุดสำหรับห้องปฏิบัติการในช่วงฤดูร้อนที่ร้อนระอุ เพราะในฤดูร้อนที่ร้อนระอุถึง 40 องศาเซลเซียส แม้แต่โมเลกุลก็ยังต้องการ “บริเวณขั้วเทียม” ที่ได้รับการปกป้องอย่างระมัดระวัง