Peltier sovutish (Peltier effektiga asoslangan termoelektrik sovutish texnologiyasi) tezkor reaktsiyasi, haroratni aniq nazorat qilish va ixcham o'lchamlari tufayli PCR (polimeraza zanjiri reaktsiyasi) asboblari uchun haroratni nazorat qilish tizimining asosiy texnologiyalaridan biriga aylandi, bu PCR samaradorligi, aniqligi va qo'llanilishi stsenariylariga chuqur ta'sir qiladi. Quyida PCRning asosiy talablaridan boshlab termoelektrik sovutishning (peltier sovutish) o'ziga xos ilovalari va afzalliklarining batafsil tahlili keltirilgan:
I. PCR texnologiyasida haroratni nazorat qilish uchun asosiy talablar
PCR ning asosiy jarayoni haroratni nazorat qilish tizimi uchun juda qattiq talablarga ega bo'lgan takroriy denatürasyon (90-95 ℃), yumshatish (50-60 ℃) va uzaytirish (72 ℃) tsiklidir.
Haroratning tez ko'tarilishi va pasayishi: bitta tsikl vaqtini qisqartiring (masalan, 95 ℃ dan 55 ℃ gacha tushish uchun bir necha soniya kerak bo'ladi) va reaktsiya samaradorligini oshirish;
Yuqori aniqlikdagi haroratni nazorat qilish: Yuvish haroratida ± 0,5 ℃ og'ish o'ziga xos bo'lmagan kuchaytirilishiga olib kelishi mumkin va uni ± 0,1 ℃ ichida nazorat qilish kerak.
Haroratning bir xilligi: Bir nechta namunalar bir vaqtning o'zida reaksiyaga kirishganda, natijaning og'ishini oldini olish uchun namuna quduqlari orasidagi harorat farqi ≤0,5 ℃ bo'lishi kerak.
Miniatizatsiya moslashuvi: Portativ PCR (masalan, POCT stsenariylarini joyida sinovdan o'tkazish) ixcham bo'lishi va mexanik aşınma qismlari bo'lmasligi kerak.
II. PCRda termoelektrik sovutishning asosiy qo'llanilishi
Thermoelectric Cooler TEC, Termoelektrik sovutish moduli, peltier moduli to'g'ridan-to'g'ri oqim orqali "isitish va sovutishning ikki tomonlama o'zgarishi" ga erishadi, bu PCRning haroratni nazorat qilish talablariga to'liq mos keladi. Uning o'ziga xos qo'llanilishi quyidagi jihatlarda aks ettirilgan:
1. Haroratning tez ko'tarilishi va pasayishi: reaktsiya vaqtini qisqartiring
Printsip: Oqim yo'nalishini o'zgartirib, TEC moduli, termoelektrik modul, peltier qurilmasi "isitish" (oqim oldinga siljiganida, TEC modulining issiqlik yutuvchi uchi, peltier moduli issiqlik chiqaradigan uchi bo'ladi) va "sovutish" (oqim teskari bo'lganda, isitish yoki isitish uchi) o'rtasida tezda almashishi mumkin. rejimlar, javob vaqti odatda 1 soniyadan kam.
Afzalliklari: An'anaviy sovutish usullari (fanatlar va kompressorlar kabi) 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 yagona PCR aylanish vaqtini 30 daqiqadan 10 daqiqagacha qisqartiradi (masalan, tezkor PCR asboblarida).
2. Yuqori aniqlikdagi haroratni nazorat qilish: Amplifikatsiyaning o'ziga xosligini ta'minlash
Printsip: TEC moduli, termoelektrik sovutish moduli, termoelektrik modulning chiqish quvvati (isitish/sovutish intensivligi) oqim intensivligi bilan chiziqli bog'liqdir. Yuqori aniqlikdagi harorat sensorlari (masalan, platina qarshiligi, termojuft) va PID teskari aloqa nazorat qilish tizimi bilan birgalikda aniq haroratni nazorat qilish uchun oqim real vaqtda sozlanishi mumkin.
Afzalliklari: Haroratni nazorat qilishning aniqligi ± 0,1 ℃ ga yetishi mumkin, bu an'anaviy suyuq hammom yoki kompressorli sovutgichdan (± 0,5 ℃) ancha yuqori. Masalan, tavlanish bosqichida maqsadli harorat 58 ℃ bo'lsa, TEC moduli, termoelektr moduli, peltier sovutgichi, peltier elementi bu haroratni barqaror ushlab turishi mumkin, haroratning o'zgarishi tufayli primerlarning o'ziga xos bo'lmagan bog'lanishiga yo'l qo'ymaydi va kuchaytiruvchi o'ziga xoslikni sezilarli darajada oshiradi.
3. Miniatyuralashtirilgan dizayn: Portativ PCRni rivojlantirishga ko'maklashish
Printsip: TEC moduli, peltier elementi, peltier qurilmasining hajmi bir necha kvadrat santimetrni tashkil qiladi (masalan, 10 × 10 mm TEC moduli, termoelektrik sovutish moduli, peltier moduli bitta namunaning talablariga javob berishi mumkin), mexanik harakatlanuvchi qismlarga ega emas (masalan, kompressor pistoni), kompressor yoki fanni talab qilmaydi.
Afzalliklari: An'anaviy PCR asboblari sovutish uchun kompressorlarga tayanganda, ularning hajmi odatda 50L dan oshadi. Biroq, termoelektrik sovutish moduli, termoelektrik modul, peltier moduli, TEC modulidan foydalanadigan ko'chma PCR asboblari 5L dan kamayishi mumkin (masalan, qo'lda ushlab turiladigan qurilmalar), bu ularni dala sinovlari uchun (masalan, epidemiyalar paytida joylarda skrining), klinik yotoqxona sinovlari va boshqa stsenariylar uchun mos qiladi.
4. Haroratning bir xilligi: Har xil namunalar o'rtasida muvofiqlikni ta'minlang
Printsip: TEC massivlarining bir nechta to'plamini (masalan, 96 quduqli plastinkaga to'g'ri keladigan 96 mikro TEC) yoki issiqlik almashinadigan metall bloklar (yuqori issiqlik o'tkazuvchanlik materiallari) bilan birgalikda joylashtirish orqali TEClardagi individual farqlardan kelib chiqadigan harorat og'ishlarini bartaraf etish mumkin.
Afzalliklari: Namuna quduqlari orasidagi harorat farqi chekka quduqlar va markaziy quduqlar o'rtasidagi nomuvofiq harorat tufayli kelib chiqadigan kuchaytirish samaradorligi farqlaridan qochib, ± 0,3 ℃ ichida nazorat qilinishi mumkin va namuna natijalarining solishtirilishini ta'minlaydi (masalan, real vaqtda floresan miqdoriy PCRda KT qiymatlarining izchilligi).
5. Ishonchlilik va barqarorlik: uzoq muddatli xarajatlarni kamaytirish
Printsip: TEC ning eskirgan qismlari yo'q, ishlash muddati 100 000 soatdan ortiq va sovutgichlarni (masalan, kompressorlarda Freon kabi) muntazam ravishda almashtirishni talab qilmaydi.
Afzalliklari: An'anaviy kompressor bilan sovutilgan PCR asbobining o'rtacha ishlash muddati taxminan 5 dan 8 yilgacha, TEC tizimi esa uni 10 yildan ortiq uzaytirishi mumkin. Bundan tashqari, texnik xizmat ko'rsatish faqat issiqlik batareyasini tozalashni talab qiladi, bu uskunani ishlatish va texnik xizmat ko'rsatish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytiradi.
III. Ilovalardagi qiyinchiliklar va optimallashtirishlar
Yarimo'tkazgichni sovutish PCRda mukammal emas va maqsadli optimallashtirishni talab qiladi:
Issiqlik tarqalishining to'siqlari: TEC sovutganda, issiqlik chiqarish uchida katta miqdorda issiqlik to'planadi (masalan, harorat 95 ℃ dan 55 ℃ gacha tushganda, harorat farqi 40 ℃ ga etadi va issiqlik chiqarish quvvati sezilarli darajada oshadi). Uni samarali issiqlik tarqalish tizimi (masalan, mis issiqlik qabul qiluvchilar + turbinli fanatlar yoki suyuq sovutish modullari) bilan bog'lash kerak, aks holda bu sovutish samaradorligini pasayishiga olib keladi (va hatto haddan tashqari issiqlik shikastlanishi).
Energiya iste'molini nazorat qilish: Katta harorat farqlari ostida TEC energiya iste'moli nisbatan yuqori (masalan, 96 quduqli PCR asbobining TEC quvvati 100-200 Vt ga yetishi mumkin) va aqlli algoritmlar (masalan, bashoratli haroratni nazorat qilish) orqali samarasiz energiya sarfini kamaytirish kerak.
Iv. Amaliy qo'llash holatlari
Hozirgi vaqtda asosiy PCR asboblari (ayniqsa real vaqtda floresan miqdoriy PCR asboblari) odatda yarimo'tkazgichli sovutish texnologiyasini qo'llagan, masalan:
Laboratoriya darajasidagi uskunalar: TEC haroratni nazorat qilish xususiyatiga ega, 6 ℃ / s gacha isitish va sovutish tezligi, ± 0,05 ℃ haroratni nazorat qilish aniqligi va 384 quduqli yuqori o'tkazuvchanlikni aniqlashni qo'llab-quvvatlaydigan ma'lum bir markadagi 96 quduqli floresan miqdoriy PCR asbobi.
Portativ qurilma: TEC dizayniga asoslangan ma'lum bir qo'lda PCR asbobi (og'irligi 1 kg dan kam) yangi koronavirusni aniqlashni 30 daqiqada yakunlashi mumkin va aeroportlar va jamoalar kabi saytdagi stsenariylarga mos keladi.
Xulosa
Tez reaksiya, yuqori aniqlik va miniatyuralashtirishning uchta asosiy afzalligi bilan termoelektrik sovutish PCR texnologiyasining samaradorlik, o'ziga xoslik va sahnaga moslashish nuqtai nazaridan asosiy og'riqli nuqtalarini hal qildi, zamonaviy PCR asboblari (ayniqsa, tez va ko'chma qurilmalar) uchun standart texnologiyaga aylandi va PCRni laboratoriyadan kengroq qo'llash sohalariga, masalan, to'shakda aniqlashga yordam berdi.
PCR mashinasi uchun TES1-15809T200
Issiq tomondagi harorat: 30 C,
Maksimal quvvat: 9,2A,
Maksimal quvvat: 18,6 V
Qmax: 99,5 Vt
Delta T maksimal: 67 C
ACR: 1,7 ±15% Ō (1,53 dan 1,87 Ohm)
Hajmi: 77×16.8×2.8mm
Xat vaqti: 2025-yil 13-avgust
