Peltier sovutish (Peltier effektiga asoslangan termoelektrik sovutish texnologiyasi) tezkor reaksiya, aniq haroratni boshqarish va ixcham o'lchamlari tufayli PCR (polimeraza zanjiri reaksiyasi) asboblari uchun haroratni boshqarish tizimining asosiy texnologiyalaridan biriga aylandi, bu esa PCR samaradorligi, aniqligi va qo'llanilish stsenariylariga chuqur ta'sir ko'rsatadi. Quyida PCRning asosiy talablaridan kelib chiqqan holda termoelektrik sovutishning (Peltier sovutish) o'ziga xos qo'llanilishi va afzalliklari batafsil tahlil qilingan:
I. PCR texnologiyasida haroratni nazorat qilishning asosiy talablari
PCR ning asosiy jarayoni denaturatsiya (90-95℃), tavlash (50-60℃) va kengayish (72℃) ning takroriy tsikli bo'lib, haroratni boshqarish tizimiga juda qattiq talablar qo'yiladi.
Haroratning tez ko'tarilishi va pasayishi: bitta tsikl vaqtini qisqartiring (masalan, 95 ℃ dan 55 ℃ gacha tushishi uchun bir necha soniya kifoya qiladi) va reaksiya samaradorligini oshiring;
Yuqori aniqlikdagi haroratni boshqarish: Tavlash haroratida ±0,5 ℃ og'ish o'ziga xos bo'lmagan kuchaytirishga olib kelishi mumkin va uni ±0,1 ℃ ichida boshqarish kerak.
Haroratning bir xilligi: Bir nechta namunalar bir vaqtning o'zida reaksiyaga kirishganda, natijada og'ishning oldini olish uchun namuna quduqlari orasidagi harorat farqi ≤0,5 ℃ bo'lishi kerak.
Miniatyurizatsiya moslashuvi: Portativ PCR (masalan, joyida sinovdan o'tkazish POCT stsenariylari) ixcham o'lchamga ega va mexanik aşınma qismlaridan xoli bo'lishi kerak.
II. PCRda termoelektrik sovutishning asosiy qo'llanilishi
Termoelektrik sovutgich TEC, termoelektrik sovutish moduli, peltier moduli to'g'ridan-to'g'ri oqim orqali "isitish va sovutishni ikki tomonlama almashtirish" ga erishadi, bu PCR ning haroratni boshqarish talablariga to'liq mos keladi. Uning o'ziga xos qo'llanilishi quyidagi jihatlarda aks etadi:
1. Haroratning tez ko'tarilishi va pasayishi: Reaksiya vaqtini qisqartiring
Printsip: Oqim yo'nalishini o'zgartirish orqali TEC moduli, termoelektrik modul, Peltier qurilmasi "isitish" (oqim oldinga yo'naltirilganda, TEC modulining issiqlikni yutuvchi uchi, Peltier moduli issiqlikni chiqaruvchi uchiga aylanadi) va "sovutish" (oqim teskari yo'naltirilganda, issiqlikni chiqaruvchi uchi issiqlikni yutuvchi uchiga aylanadi) rejimlari o'rtasida tezda o'tishi mumkin, javob berish vaqti odatda 1 sekunddan kam.
Afzalliklari: An'anaviy sovutish usullari (masalan, ventilyatorlar va kompressorlar) issiqlik o'tkazuvchanligiga yoki mexanik harakatga tayanadi va isitish va sovutish tezligi odatda 2℃/s dan kam. TEC yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi metall bloklari (masalan, mis va alyuminiy qotishmasi) bilan birlashtirilganda, u 5-10℃/s isitish va sovutish tezligiga erishishi mumkin, bu esa bitta PCR siklining vaqtini 30 daqiqadan 10 daqiqagacha qisqartiradi (masalan, tezkor PCR asboblarida).
2. Yuqori aniqlikdagi haroratni boshqarish: Kuchaytirishning o'ziga xosligini ta'minlash
Printsip: TEC moduli, termoelektrik sovutish moduli, termoelektrik modulning chiqish quvvati (isitish/sovutish intensivligi) tok intensivligi bilan chiziqli bog'liq. Yuqori aniqlikdagi harorat sensorlari (masalan, platina qarshiligi, termojuft) va PID teskari aloqa boshqaruv tizimi bilan birgalikda aniq haroratni boshqarish uchun tokni real vaqt rejimida sozlash mumkin.
Afzalliklari: Haroratni boshqarish aniqligi ±0,1 ℃ ga yetishi mumkin, bu an'anaviy suyuq vanna yoki kompressorli sovutishdan (±0,5 ℃) ancha yuqori. Masalan, agar tavlash bosqichida maqsadli harorat 58 ℃ bo'lsa, TEC moduli, termoelektrik modul, peltier sovutgichi, peltier elementi bu haroratni barqaror ushlab turishi mumkin, harorat o'zgarishi tufayli primerlarning o'ziga xos bo'lmagan bog'lanishini oldini oladi va kuchaytirishning o'ziga xosligini sezilarli darajada oshiradi.
3. Miniatyuralashtirilgan dizayn: Portativ PCRni rivojlantirishni rag'batlantirish
Printsip: TEC moduli, peltier elementi, peltier qurilmasining hajmi atigi bir necha kvadrat santimetrni tashkil qiladi (masalan, 10 × 10 mm TEC moduli, termoelektrik sovutish moduli, peltier moduli bitta namunaning talablariga javob berishi mumkin), uning mexanik harakatlanuvchi qismlari (masalan, kompressor pistoni yoki fan pichoqlari) yo'q va sovutgichni talab qilmaydi.
Afzalliklari: An'anaviy PCR asboblari sovutish uchun kompressorlarga tayanganda, ularning hajmi odatda 50 litrdan oshadi. Biroq, termoelektrik sovutish moduli, termoelektrik modul, peltier moduli, TEC modulidan foydalanadigan ko'chma PCR asboblari 5 litrdan kamroqqa tushirilishi mumkin (masalan, qo'lda ushlab turiladigan qurilmalar), bu ularni dala sinovlari (masalan, epidemiyalar paytida joyida skrining), klinik yotoq yonida sinovlar va boshqa stsenariylar uchun mos qiladi.
4. Haroratning bir xilligi: Turli namunalar orasida izchillikni ta'minlang
Prinsip: TEC massivlarining bir nechta to'plamlarini (masalan, 96 ta quduqli plastinkaga mos keladigan 96 ta mikro TEC) joylashtirish yoki issiqlik almashinadigan metall bloklar (yuqori issiqlik o'tkazuvchanligi materiallari) bilan birgalikda TEClardagi individual farqlar tufayli yuzaga keladigan harorat og'ishlarini qoplash mumkin.
Afzalliklari: Namuna quduqlari orasidagi harorat farqi ±0,3℃ ichida boshqarilishi mumkin, bu chekka quduqlar va markaziy quduqlar o'rtasidagi nomuvofiq haroratlar tufayli amplifikatsiya samaradorligi farqlarining oldini oladi va namuna natijalarining taqqoslanishini ta'minlaydi (masalan, real vaqt rejimida lyuminestsent miqdoriy PCRda KT qiymatlarining izchilligi).
5. Ishonchlilik va texnik xizmat ko'rsatish: Uzoq muddatli xarajatlarni kamaytirish
Printsip: TEC eskiradigan qismlarga ega emas, 100 000 soatdan ortiq xizmat muddatiga ega va sovutgichlarni (masalan, kompressorlardagi freon) muntazam ravishda almashtirishni talab qilmaydi.
Afzalliklari: An'anaviy kompressor bilan sovutilgan PCR asbobining o'rtacha ishlash muddati taxminan 5 yildan 8 yilgacha, TEC tizimi esa uni 10 yildan ortiqqa uzaytirishi mumkin. Bundan tashqari, texnik xizmat ko'rsatish uchun faqat radiatorni tozalash kifoya, bu esa uskunaning ishlashi va texnik xizmat ko'rsatish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytiradi.
III. Ilovalardagi qiyinchiliklar va optimallashtirishlar
Yarimo'tkazgichli sovutish PCRda mukammal emas va maqsadli optimallashtirishni talab qiladi:
Issiqlik tarqalish to'sig'i: TEC soviganida, issiqlik ajralish uchida katta miqdorda issiqlik to'planadi (masalan, harorat 95℃ dan 55℃ gacha tushganda, harorat farqi 40℃ ga etadi va issiqlik ajralish kuchi sezilarli darajada oshadi). Uni samarali issiqlik tarqalish tizimi (masalan, mis issiqlik qabul qilgichlari + turbina ventilyatorlari yoki suyuq sovutish modullari) bilan birlashtirish kerak, aks holda bu sovutish samaradorligining pasayishiga (va hatto qizib ketish shikastlanishiga) olib keladi.
Energiya sarfini boshqarish: Katta harorat farqlari ostida TEC energiya sarfi nisbatan yuqori (masalan, 96 quduqli PCR asbobining TEC quvvati 100-200 Vt ga yetishi mumkin) va aqlli algoritmlar (masalan, haroratni bashorat qilish) orqali samarasiz energiya sarfini kamaytirish kerak.
IV. Amaliy qo'llanilish holatlari
Hozirgi vaqtda asosiy PCR asboblari (ayniqsa real vaqtda lyuminestsent miqdoriy PCR asboblari) odatda yarimo'tkazgichli sovutish texnologiyasini qo'llagan, masalan:
Laboratoriya darajasidagi uskunalar: TEC haroratni boshqarish tizimiga ega, isitish va sovutish tezligi 6℃/s gacha, haroratni boshqarish aniqligi ±0,05℃ va 384 quduqli yuqori o'tkazuvchanlikni aniqlashni qo'llab-quvvatlaydigan ma'lum bir brenddagi 96 quduqli lyuminestsent miqdoriy PCR asbobi.
Portativ qurilma: TEC dizayniga asoslangan ma'lum bir qo'lda ushlab turiladigan PCR asbobi (og'irligi 1 kg dan kam) yangi koronavirusni 30 daqiqa ichida aniqlashni yakunlashi mumkin va aeroportlar va jamoalar kabi joylarda foydalanish uchun mos keladi.
Xulosa
Termoelektrik sovutish, tezkor reaksiya, yuqori aniqlik va miniatyuralash kabi uchta asosiy afzalliklarga ega bo'lib, PZR texnologiyasining samaradorlik, o'ziga xoslik va sahnaga moslashuvchanlik nuqtai nazaridan asosiy muammolarini hal qildi, zamonaviy PZR asboblari (ayniqsa, tezkor va ko'chma qurilmalar) uchun standart texnologiyaga aylandi va PZRni laboratoriyadan klinik yotoq yonida va joyida aniqlash kabi kengroq qo'llanilish sohalariga olib chiqdi.
PCR mashinasi uchun TES1-15809T200
Issiq yon harorat: 30 C,
Imax: 9.2A
Umax: 18.6V
Qmax：99.5 Vt
Delta T maksimal: 67 C
ACR: 1.7 ± 15% Ω (1.53 dan 1.87 Ohm gacha)
Hajmi: 77×16.8×2.8 mm
Nashr vaqti: 2025-yil 13-avgust
