Kupoeza kwa Peltier (teknolojia ya kupoeza kwa thermoelectric kulingana na athari ya Peltier) imekuwa moja ya teknolojia kuu za mfumo wa udhibiti wa halijoto kwa vifaa vya PCR (mmenyuko wa mnyororo wa polymerase) kutokana na mmenyuko wake wa haraka, udhibiti sahihi wa halijoto, na ukubwa mdogo, na kuathiri sana ufanisi, usahihi, na hali za matumizi ya PCR. Ufuatao ni uchanganuzi wa kina wa matumizi maalum na faida za kupoeza kwa thermoelectric (kupoeza kwa peltier) kuanzia mahitaji ya msingi ya PCR:
I. Mahitaji ya Msingi ya Udhibiti wa Halijoto katika Teknolojia ya PCR
Mchakato mkuu wa PCR ni mzunguko unaorudiwa wa kubadilika kwa rangi (90-95℃), kufyonza (50-60℃), na ugani (72℃), ambao una mahitaji makali sana kwa mfumo wa kudhibiti halijoto.
Kupanda na kushuka kwa kasi kwa joto: Kufupisha muda wa mzunguko mmoja (kwa mfano, inachukua sekunde chache tu kushuka kutoka 95℃ hadi 55℃), na kuongeza ufanisi wa mmenyuko;
Udhibiti wa halijoto kwa usahihi wa hali ya juu: Mkengeuko wa ±0.5℃ katika halijoto ya annealing unaweza kusababisha ukuzaji usio maalum, na unapaswa kudhibitiwa ndani ya ±0.1℃.
Usawa wa halijoto: Sampuli nyingi zinapoitikia kwa wakati mmoja, tofauti ya halijoto kati ya Visima vya sampuli inapaswa kuwa ≤0.5°C ili kuepuka kupotoka kwa matokeo.
Marekebisho ya uundaji mdogo: PCR inayobebeka (kama vile vipimo vya POCT vya majaribio ya ndani) inapaswa kuwa ndogo kwa ukubwa na bila sehemu za mitambo zinazochakaa.
II. Matumizi ya Msingi ya kupoeza joto katika PCR
Moduli ya kipoeza joto ya TEC, moduli ya kupoeza joto ya Thermoelectric, moduli ya peltier inafanikisha "ubadilishaji wa pande mbili wa kupasha joto na kupoeza" kupitia mkondo wa moja kwa moja, ikilingana kikamilifu na mahitaji ya udhibiti wa halijoto ya PCR. Matumizi yake mahususi yanaakisiwa katika vipengele vifuatavyo:
1. Kupanda na kushuka kwa kasi kwa joto: Punguza muda wa mmenyuko
Kanuni: Kwa kubadilisha mwelekeo wa mkondo, moduli ya TEC, moduli ya joto, kifaa cha peltier kinaweza kubadili haraka kati ya hali ya "kupasha joto" (wakati mkondo uko mbele, ncha inayofyonza joto ya moduli ya TEC, moduli ya peltier inakuwa ncha inayotoa joto) na "kupoza" (wakati mkondo uko kinyume, ncha inayotoa joto inakuwa ncha inayofyonza joto), huku muda wa majibu kwa kawaida ukiwa chini ya sekunde 1.
Faida: Mbinu za jadi za kuogea (kama vile feni na vigandamizi) hutegemea upitishaji joto au mwendo wa mitambo, na viwango vya kupasha joto na kupoeza kwa kawaida huwa chini ya 2℃/s. TEC inapojumuishwa na vitalu vya chuma vya upitishaji joto wa juu (kama vile shaba na aloi ya alumini), inaweza kufikia kiwango cha kupasha joto na kupoeza cha 5-10℃/s, ikipunguza muda wa mzunguko mmoja wa PCR kutoka dakika 30 hadi chini ya dakika 10 (kama vile katika vifaa vya PCR vya haraka).
2. Udhibiti wa halijoto kwa usahihi wa hali ya juu: Kuhakikisha umahususi wa ukuzaji
Kanuni: Nguvu ya kutoa (kiwango cha kupasha joto/kupoeza) ya moduli ya TEC, moduli ya kupoeza joto, moduli ya jotoelektriki inahusiana kwa mstari na kiwango cha mkondo. Pamoja na vitambuzi vya halijoto vya usahihi wa juu (kama vile upinzani wa platinamu, thermocouple) na mfumo wa kudhibiti maoni ya PID, mkondo unaweza kurekebishwa kwa wakati halisi ili kufikia udhibiti sahihi wa halijoto.
Faida: Usahihi wa udhibiti wa halijoto unaweza kufikia ±0.1℃, ambayo ni ya juu zaidi kuliko ile ya bafu ya kimiminika ya kitamaduni au jokofu ya compressor (±0.5℃). Kwa mfano, ikiwa halijoto inayolengwa wakati wa hatua ya kufyonza ni 58℃, moduli ya TEC, moduli ya thermoelectric, kipoza cha peltier, kipengele cha peltier kinaweza kudumisha halijoto hii kwa utulivu, kuepuka kufungamana kwa primers zisizo maalum kutokana na mabadiliko ya halijoto na kuongeza kwa kiasi kikubwa umaalumu wa ukuzaji.
3. Ubunifu mdogo: Kukuza ukuzaji wa 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 joto, moduli ya peltier inaweza kukidhi mahitaji ya sampuli moja), haina sehemu za kusonga za kiufundi (kama vile pistoni ya compressor au vile vya feni), na haihitaji jokofu.
Faida: Wakati vifaa vya PCR vya kitamaduni vinategemea vifaa vya kupoeza, ujazo wake kwa kawaida huwa zaidi ya lita 50. Hata hivyo, vifaa vya PCR vinavyobebeka vinavyotumia moduli ya kupoeza ya jotoelektri, moduli ya jotoelektri, moduli ya peltier, moduli ya TEC vinaweza kupunguzwa hadi chini ya lita 5 (kama vile vifaa vinavyoshikiliwa kwa mkono), na kuvifanya vifae kwa ajili ya majaribio ya shambani (kama vile uchunguzi wa ndani wakati wa magonjwa ya mlipuko), upimaji wa kimatibabu kando ya kitanda, na matukio mengine.
4. Usawa wa halijoto: Hakikisha uthabiti miongoni mwa sampuli mbalimbali
Kanuni: Kwa kupanga seti nyingi za safu za TEC (kama vile TEC ndogo 96 zinazolingana na bamba la visima 96), au pamoja na vitalu vya chuma vinavyoshiriki joto (vifaa vya upitishaji joto mwingi), tofauti za halijoto zinazosababishwa na tofauti za kibinafsi katika TEC zinaweza kurekebishwa.
Faida: Tofauti ya halijoto kati ya Visima vya sampuli inaweza kudhibitiwa ndani ya ±0.3℃, kuepuka tofauti za ufanisi wa ukuzaji unaosababishwa na halijoto isiyolingana kati ya Visima vya pembeni na Visima vya kati, na kuhakikisha ulinganifu wa matokeo ya sampuli (kama vile uthabiti wa thamani za CT katika PCR ya kiasi cha fluorescence ya wakati halisi).
5. Uaminifu na udumishaji: Punguza gharama za muda mrefu
Kanuni: TEC haina sehemu zinazochakaa, ina maisha ya zaidi ya saa 100,000, na haihitaji uingizwaji wa mara kwa mara wa vipozaji (kama vile Freon katika vigandamizaji).
Faida: Muda wa wastani wa matumizi ya kifaa cha PCR kilichopozwa na kifaa cha kawaida cha kukaza ni takriban miaka 5 hadi 8, huku mfumo wa TEC ukiweza kuupanua hadi zaidi ya miaka 10. Zaidi ya hayo, matengenezo yanahitaji tu kusafisha sinki la joto, na kupunguza kwa kiasi kikubwa gharama za uendeshaji na matengenezo ya vifaa.
III. Changamoto na Uboreshaji katika Matumizi
Kupoeza kwa semiconductor si kamili katika PCR na kunahitaji uboreshaji unaolenga:
Kikwazo cha kutoweka kwa joto: Wakati TEC inapopoa, kiasi kikubwa cha joto hujilimbikiza kwenye sehemu ya kutoa joto (kwa mfano, wakati halijoto inaposhuka kutoka 95℃ hadi 55℃, tofauti ya halijoto hufikia 40℃, na nguvu ya kutoa joto huongezeka sana). Ni muhimu kuiunganisha na mfumo mzuri wa kutoweka kwa joto (kama vile sinki za joto za shaba + feni za turbine, au moduli za kupoeza kioevu), vinginevyo itasababisha kupungua kwa ufanisi wa kupoeza (na hata uharibifu wa kuzidisha 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 chenye visima 96 inaweza kufikia 100-200W), na ni muhimu kupunguza matumizi yasiyofaa ya nishati kupitia algoriti zenye akili (kama vile udhibiti wa halijoto wa utabiri).
Iv. Kesi za Matumizi ya Vitendo
Kwa sasa, vifaa vikuu vya PCR (hasa vifaa vya PCR vya fluorescence vya muda halisi) kwa ujumla vimetumia teknolojia ya kupoeza ya nusu-semiconductor, kwa mfano:
Vifaa vya kiwango cha maabara: Kifaa cha PCR cha ujazo wa visima 96 cha chapa fulani, chenye udhibiti wa halijoto wa TEC, chenye kiwango cha kupasha joto na kupoeza cha hadi 6℃/s, usahihi wa udhibiti wa halijoto wa ±0.05℃, na kinachounga mkono ugunduzi wa kiwango cha juu cha upitishaji wa visima 384.
Kifaa kinachobebeka: Kifaa fulani cha PCR kinachoshikiliwa kwa mkono (chenye uzito wa chini ya kilo 1), kulingana na muundo wa TEC, kinaweza kukamilisha ugunduzi wa virusi vipya vya korona ndani ya dakika 30 na kinafaa kwa matukio ya ndani kama vile viwanja vya ndege na jamii.
Muhtasari
Upoezaji wa joto, pamoja na faida zake tatu kuu za mmenyuko wa haraka, usahihi wa hali ya juu na upunguzaji wa joto, umetatua sehemu muhimu za maumivu ya teknolojia ya PCR katika suala la ufanisi, umaalum na ubadilikaji wa eneo, na kuwa teknolojia ya kawaida kwa vifaa vya kisasa vya PCR (hasa vifaa vya haraka na vinavyobebeka), na kukuza PCR kutoka maabara hadi nyanja pana za matumizi kama vile kando ya kitanda cha kliniki na ugunduzi wa ndani ya eneo.
TES1-15809T200 kwa mashine ya PCR
Joto la upande lenye joto kali: 30 C,
Kiwango cha juu: 9.2A,
Umaksi: 18.6V
QUpeo: 99.5 W
Kiwango cha juu cha Delta T： 67 C
ACR：1.7 ±15% Ω （1.53 hadi 1.87 Ohm）
Ukubwa: 77×16.8×2.8mm
Muda wa chapisho: Agosti-13-2025
