Upoezaji wa Peltier (teknolojia ya kupoeza umeme wa joto kulingana na athari ya Peltier) imekuwa moja ya teknolojia ya msingi ya mfumo wa kudhibiti halijoto kwa vyombo vya PCR (polymerase chain reaction) kutokana na mmenyuko wake wa haraka, udhibiti sahihi wa halijoto, na saizi ya kompakt, ambayo inaathiri sana ufanisi, usahihi, na hali ya matumizi ya PCR. Ufuatao ni uchanganuzi wa kina wa matumizi mahususi na faida za kupoeza kwa umeme wa joto(upoaji wa peltier) kuanzia mahitaji ya msingi ya PCR:
I. Mahitaji ya Msingi kwa Udhibiti wa Halijoto katika Teknolojia ya PCR
Mchakato wa msingi wa PCR ni mzunguko unaorudiwa wa kubadilika (90-95℃), annealing (50-60℃), na upanuzi (72℃), ambao una mahitaji madhubuti sana ya mfumo wa kudhibiti halijoto.
Kupanda na kushuka kwa kasi kwa halijoto: Kufupisha muda wa mzunguko mmoja (kwa mfano, inachukua sekunde chache tu kushuka kutoka 95℃ hadi 55℃), na kuongeza ufanisi wa athari;
Udhibiti wa halijoto wa usahihi wa hali ya juu: Mkengeuko wa ±0.5℃ katika halijoto ya kupenyeza kunaweza kusababisha ukuzaji usio maalum, na unapaswa kudhibitiwa ndani ya ±0.1℃.
Usawa wa halijoto: Sampuli nyingi zinapoguswa kwa wakati mmoja, tofauti ya halijoto kati ya sampuli ya Visima inapaswa kuwa ≤0.5℃ ili kuepuka kupotoka kwa matokeo.
Marekebisho ya urekebishaji mdogo: PCR inayobebeka (kama vile hali za POCT za majaribio kwenye tovuti) inapaswa kuwa na saizi iliyosongamana na isiyo na sehemu za kuvaa kimitambo.
II. Utumizi wa Msingi wa kupozea umeme wa joto katika PCR
Thermoelectric Cooler TEC, moduli ya kupoeza ya Thermoelectric, moduli ya peltier inafanikisha "ubadilishaji wa njia mbili ya kupokanzwa na kupoa" kupitia mkondo wa moja kwa moja, unaolingana kikamilifu na mahitaji ya udhibiti wa halijoto ya PCR. Matumizi yake mahususi yanaonyeshwa katika vipengele vifuatavyo:
1. Kupanda na kushuka kwa kasi kwa joto: Fupisha muda wa majibu
Kanuni: Kwa kubadilisha mwelekeo wa sasa, moduli ya TEC, moduli ya thermoelectric, kifaa cha peltier kinaweza kubadili haraka kati ya "inapokanzwa" (wakati wa sasa uko mbele, mwisho wa kufyonza joto wa moduli ya TEC, moduli ya peltier inakuwa mwisho wa kutoa joto) na "kupoeza" (wakati wa sasa ni kinyume, modeb ya kumalizia joto kwa kawaida huwa chini ya mwisho wa kumalizia joto) Sekunde 1.
Manufaa: Mbinu za jadi za uwekaji majokofu (kama vile feni na vibandiko) hutegemea upitishaji joto au mwendo wa mitambo, na viwango vya kupasha joto na kupoeza kwa kawaida huwa chini ya 2℃/s. TEC inapounganishwa na vizuizi vya juu vya chuma vya kupitishia mafuta (kama vile shaba na aloi ya alumini), inaweza kufikia kiwango cha kupokanzwa na kupoeza cha 5-10 ℃/s, kupunguza muda wa mzunguko wa PCR kutoka dakika 30 hadi chini ya dakika 10 (kama vile katika ala za haraka za PCR).
2. Udhibiti wa halijoto wa usahihi wa hali ya juu: Kuhakikisha umaalum wa ukuzaji
Kanuni: Nguvu ya pato (nguvu ya kupasha joto/ubaridi) ya moduli ya TEC, moduli ya kupoeza umeme wa joto, moduli ya thermoelectric ina uhusiano wa mstari na nguvu ya sasa. Ikiunganishwa na vihisi joto vya usahihi wa juu (kama vile upinzani wa platinamu, thermocouple) na mfumo wa udhibiti wa maoni wa PID, sasa inaweza kurekebishwa kwa wakati halisi ili kufikia udhibiti sahihi wa halijoto.
Manufaa: Usahihi wa udhibiti wa halijoto unaweza kufikia ±0.1℃, ambayo ni ya juu zaidi kuliko ile ya umwagaji wa kimiminika wa jadi au majokofu ya kujazia (±0.5℃). Kwa mfano, ikiwa halijoto inayolengwa wakati wa hatua ya kuchuja ni 58℃, moduli ya TEC , moduli ya umeme wa joto, baridi ya peltier, kipengele cha peltier kinaweza kudumisha halijoto hii kwa uthabiti, kuepuka kumfunga bila mahususi kwa vianzio kwa sababu ya kushuka kwa joto na kuimarisha kwa kiasi kikubwa umaalum wa ukuzaji.
3. Muundo mdogo: Kukuza maendeleo ya PCR inayobebeka
Kanuni: Kiasi cha moduli ya TEC, kipengele cha peltier, kifaa cha peltier ni sentimita chache tu za mraba (kwa mfano, moduli ya TEC ya 10 × 10mm, moduli ya kupoeza ya thermoelectric, moduli ya peltier inaweza kukidhi mahitaji ya sampuli moja), haina sehemu za mitambo zinazosonga (kama vile pistoni ya compressor au friji za feni), na hauhitaji friji.
Manufaa: Wakati ala za kitamaduni za PCR hutegemea vibandizi kwa kupoeza, kiasi chao kwa kawaida huwa zaidi ya 50L. Hata hivyo, ala zinazobebeka za PCR zinazotumia moduli ya kupoeza umeme wa joto, moduli ya umeme wa joto, moduli ya peltier, moduli ya TEC inaweza kupunguzwa hadi chini ya 5L (kama vile vifaa vinavyoshikiliwa kwa mkono), na kuvifanya vinafaa kwa majaribio ya uwanjani (kama vile uchunguzi wa tovuti wakati wa milipuko), majaribio ya kimatibabu kando ya kitanda, na hali zingine.
4. Usawa wa halijoto: Hakikisha uthabiti kati ya sampuli mbalimbali
Kanuni: Kwa kupanga seti nyingi za safu za TEC (kama vile TEC ndogo 96 zinazolingana na bati la visima 96), au kwa kuchanganya na vitalu vya chuma vinavyoshiriki joto (vifaa vya juu vya upitishaji joto), mikengeuko ya halijoto inayosababishwa na tofauti za mtu binafsi katika TECs inaweza kurekebishwa.
Manufaa: Tofauti ya halijoto kati ya sampuli ya Visima inaweza kudhibitiwa ndani ya ±0.3℃, kuepuka tofauti za ufanisi wa ukuzaji unaosababishwa na halijoto isiyolingana kati ya Visima vya ukingo na Visima vya kati, na kuhakikisha ulinganifu wa matokeo ya sampuli (kama vile uthabiti wa thamani za CT katika PCR ya kiasi cha wakati halisi cha fluorescence).
5. Kuegemea na kudumisha: Punguza gharama za muda mrefu
Kanuni: TEC haina sehemu za kuvalia, ina muda wa kudumu wa zaidi ya saa 100,000, na haihitaji ubadilishaji wa mara kwa mara wa friji (kama vile Freon katika compressors).
Manufaa: Muda wa wastani wa maisha wa kifaa cha PCR kilichopozwa na compressor ya jadi ni takriban miaka 5 hadi 8, wakati mfumo wa TEC unaweza kurefusha hadi zaidi ya miaka 10. Aidha, matengenezo yanahitaji tu kusafisha shimoni la joto, kwa kiasi kikubwa kupunguza gharama za uendeshaji na matengenezo ya vifaa.
III. Changamoto na Uboreshaji katika Maombi
Upoaji wa semiconductor si kamili katika PCR na unahitaji uboreshaji unaolengwa:
Kikwazo cha utengano wa joto: TEC inapopoa, kiwango kikubwa cha joto hujilimbikiza kwenye mwisho wa kutolewa kwa joto (kwa mfano, wakati halijoto inapungua kutoka 95℃ hadi 55℃, tofauti ya halijoto hufikia 40℃, na nguvu ya kutoa joto huongezeka sana). Ni muhimu kuiunganisha na mfumo wa ufanisi wa uharibifu wa joto (kama vile kuzama kwa joto la shaba + mashabiki wa turbine, au modules za baridi za kioevu), vinginevyo itasababisha kupungua kwa ufanisi wa baridi (na hata uharibifu wa joto).
Udhibiti wa matumizi ya nishati: Chini ya tofauti kubwa za halijoto, matumizi ya nishati ya TEC ni ya juu kiasi (kwa mfano, nguvu ya TEC ya kifaa cha PCR yenye visima 96 inaweza kufikia 100-200W), na inahitajika kupunguza matumizi yasiyofaa ya nishati kupitia kanuni za akili (kama vile udhibiti wa halijoto unaotabirika).
Iv. Kesi za Maombi ya Vitendo
Kwa sasa, ala za kawaida za PCR (hasa ala za PCR za wakati halisi za fluorescence) kwa ujumla zimetumia teknolojia ya kupoeza semiconductor, kwa mfano:
Vifaa vya kiwango cha maabara: Chombo cha PCR chenye visima 96 vya kiasi cha umeme cha chapa fulani, kinachoangazia udhibiti wa halijoto wa TEC, chenye kiwango cha kuongeza joto na kupoeza cha hadi 6℃/s, usahihi wa udhibiti wa halijoto wa ±0.05℃, na kusaidia ugunduzi wa ubora wa juu wa visima 384.
Kifaa kinachobebeka: Kifaa fulani cha PCR cha mkononi (chenye uzani wa chini ya kilo 1), kulingana na muundo wa TEC, kinaweza kukamilisha ugunduzi wa virusi vya corona ndani ya dakika 30 na kinafaa kwa matukio ya tovuti kama vile viwanja vya ndege na jumuiya.
Muhtasari
Upoezaji wa umeme wa joto, pamoja na faida zake tatu za msingi za majibu ya haraka, usahihi wa juu na uboreshaji mdogo, kumetatua pointi muhimu za maumivu ya teknolojia ya PCR katika suala la ufanisi, umaalumu na ubadilikaji wa eneo, na kuwa teknolojia ya kawaida ya ala za kisasa za PCR (hasa vifaa vya haraka na vinavyobebeka), na kukuza PCR kutoka maabara hadi nyanja pana za matumizi kama vile utambuzi wa kliniki na kwenye tovuti.
TES1-15809T200 kwa mashine ya PCR
Joto la joto la upande: 30 C,
Kiwango cha juu: 9.2A
Umax: 18.6V
Upeo wa juu:99.5 W
Delta T upeo: 67 C
ACR:1.7 ±15% Ω (1.53 hadi 1.87 Ohm)
Ukubwa: 77×16.8×2.8mm
Muda wa kutuma: Aug-13-2025
