Թերմոէլեկտրական սառեցում ՊՇՌ-ի համար

Պելտիեի սառեցումը (Պելտիեի էֆեկտի վրա հիմնված ջերմաէլեկտրական սառեցման տեխնոլոգիա) դարձել է ՊՇՌ (պոլիմերազային շղթայական ռեակցիա) սարքերի ջերմաստիճանի կառավարման համակարգի հիմնական տեխնոլոգիաներից մեկը՝ իր արագ ռեակցիայի, ջերմաստիճանի ճշգրիտ կառավարման և կոմպակտ չափսերի շնորհիվ, որը խորապես ազդում է ՊՇՌ-ի արդյունավետության, ճշգրտության և կիրառման սցենարների վրա: Ստորև ներկայացված է ջերմաէլեկտրական սառեցման (պելտիեի սառեցում) կոնկրետ կիրառությունների և առավելությունների մանրամասն վերլուծություն՝ սկսած ՊՇՌ-ի հիմնական պահանջներից.

I. ՊՇՌ տեխնոլոգիայում ջերմաստիճանի կարգավորման հիմնական պահանջները

ՊՇՌ-ի հիմնական գործընթացը դենատուրացման (90-95℃), թրծման (50-60℃) և երկարացման (72℃) կրկնվող ցիկլ է, որը չափազանց խիստ պահանջներ է ներկայացնում ջերմաստիճանի կառավարման համակարգի համար։

Ջերմաստիճանի արագ բարձրացում և անկում. Կրճատում է մեկ ցիկլի ժամանակը (օրինակ՝ 95℃-ից 55℃ իջնելու համար պահանջվում է ընդամենը մի քանի վայրկյան) և բարձրացնում ռեակցիայի արդյունավետությունը։

Բարձր ճշգրտությամբ ջերմաստիճանի կառավարում. թրծման ջերմաստիճանի ±0.5℃ շեղումը կարող է հանգեցնել ոչ սպեցիֆիկ ուժեղացման, և այն պետք է վերահսկվի ±0.1℃ սահմաններում:

Ջերմաստիճանի միատարրություն. Երբ մի քանի նմուշներ միաժամանակ ռեակցիայի մեջ են մտնում, նմուշի հորերի միջև ջերմաստիճանի տարբերությունը պետք է լինի ≤0.5℃՝ արդյունքի շեղումից խուսափելու համար։

Մինիատուրիզացման հարմարեցում. Դյուրակիր ՊՇՌ-ը (օրինակ՝ տեղում փորձարկման POCT սցենարները) պետք է լինի կոմպակտ չափսի և զերծ լինի մեխանիկական մաշվածության մասերից։

II. ՊՇՌ-ում ջերմաէլեկտրական սառեցման հիմնական կիրառությունները

Ջերմաէլեկտրական սառեցնող TEC-ը, ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլը, պելտիե մոդուլը ապահովում է «ջեռուցման և սառեցման երկկողմանի անջատում» հաստատուն հոսանքի միջոցով, կատարելապես համապատասխանելով ՊՇՌ ջերմաստիճանի կառավարման պահանջներին: Դրա կոնկրետ կիրառությունները արտացոլվում են հետևյալ ասպեկտներում՝

1. Ջերմաստիճանի արագ բարձրացում և անկում. Կրճատում է ռեակցիայի ժամանակը

Սկզբունք՝ Հոսանքի ուղղությունը փոխելով՝ TEC մոդուլը, ջերմաէլեկտրական մոդուլը, պելտիե սարքը կարող են արագ անցնել «տաքացման» (երբ հոսանքը ուղիղ է, TEC մոդուլի ջերմաներծծող ծայրը դառնում է ջերմաներծծող ծայր) և «սառեցման» (երբ հոսանքը հակառակ է, ջերմաներծծող ծայրը դառնում է ջերմաներծծող ծայր) ռեժիմների միջև՝ սովորաբար 1 վայրկյանից պակաս արձագանքման ժամանակով։

Առավելություններ. Ավանդական սառեցման մեթոդները (օրինակ՝ օդափոխիչներն ու կոմպրեսորները) հիմնված են ջերմահաղորդականության կամ մեխանիկական շարժման վրա, իսկ տաքացման և սառեցման արագությունները սովորաբար 2℃/վրկ-ից պակաս են: Երբ ջերմահաղորդական ջերմահաղորդականությունը (TEC) համակցվում է բարձր ջերմահաղորդականությամբ մետաղական բլոկների հետ (օրինակ՝ պղնձի և ալյումինի համաձուլվածքի), այն կարող է հասնել 5-10℃/վրկ տաքացման և սառեցման արագության, ինչը մեկ ՊՇՌ ցիկլի ժամանակը 30 րոպեից կրճատում է մինչև 10 րոպեից պակաս (օրինակ՝ արագ ՊՇՌ սարքերում):

2. Բարձր ճշգրտությամբ ջերմաստիճանի կառավարում. ուժեղացման ճշգրտության ապահովում

Սկզբունք. TEC մոդուլի, ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլի, ջերմաէլեկտրական մոդուլի ելքային հզորությունը (տաքացման/սառեցման ինտենսիվությունը) գծայինորեն կապված է հոսանքի ինտենսիվության հետ: Բարձր ճշգրտության ջերմաստիճանի սենսորների (օրինակ՝ պլատինե դիմադրություն, ջերմազույգ) և PID հետադարձ կապի կառավարման համակարգի հետ համատեղ, հոսանքը կարող է կարգավորվել իրական ժամանակում՝ ջերմաստիճանի ճշգրիտ կարգավորում ապահովելու համար:

Առավելություններ՝ Ջերմաստիճանի կարգավորման ճշգրտությունը կարող է հասնել ±0.1℃-ի, որը շատ ավելի բարձր է, քան ավանդական հեղուկային լոգանքի կամ կոմպրեսորային սառնարանային դեպքում (±0.5℃): Օրինակ, եթե թրծման փուլում նպատակային ջերմաստիճանը 58℃ է, TEC մոդուլը, ջերմաէլեկտրական մոդուլը, պելտիե սառեցուցիչը, պելտիե տարրը կարող են կայուն պահպանել այս ջերմաստիճանը՝ խուսափելով ջերմաստիճանի տատանումների պատճառով պրայմերների ոչ սպեցիֆիկ կապումից և զգալիորեն բարձրացնելով ուժեղացման սպեցիֆիկությունը:

3. Մանրացված դիզայն. Դյուրակիր ՊՇՌ-ի զարգացման խթանում

Սկզբունք՝ TEC մոդուլի, պելտիե տարրի, պելտիե սարքի ծավալը ընդամենը մի քանի քառակուսի սանտիմետր է (օրինակ՝ 10×10 մմ TEC մոդուլը, ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլը, պելտիե մոդուլը կարող են բավարարել մեկ նմուշի պահանջները), այն չունի մեխանիկական շարժական մասեր (օրինակ՝ կոմպրեսորի մխոցը կամ օդափոխիչի շեղբերը) և չի պահանջում սառնագենտ։

Առավելություններ. Երբ ավանդական ՊՇՌ սարքերը սառեցման համար օգտագործում են կոմպրեսորներ, դրանց ծավալը սովորաբար գերազանցում է 50 լիտրը: Այնուամենայնիվ, ջերմաէլեկտրական սառեցման մոդուլ, ջերմաէլեկտրական մոդուլ, պելտիե մոդուլ, TEC մոդուլ օգտագործող դյուրակիր ՊՇՌ սարքերի ծավալը կարող է կրճատվել մինչև 5 լիտրից պակաս (օրինակ՝ ձեռքի սարքերը), ինչը դրանք հարմար է դարձնում դաշտային փորձարկումների համար (օրինակ՝ համաճարակների ժամանակ տեղում սկրինինգ), կլինիկական անկողնային թեստավորման և այլ սցենարների համար:

4. Ջերմաստիճանի միատարրություն. Ապահովել տարբեր նմուշների միջև համապատասխանությունը

Սկզբունք՝ TEC զանգվածների մի քանի հավաքածուներ տեղադրելով (օրինակ՝ 96 միկրո TEC-ներ, որոնք համապատասխանում են 96-հոսանքային թիթեղի) կամ ջերմափոխանակման մետաղական բլոկների (բարձր ջերմահաղորդականության նյութեր) հետ համատեղ, TEC-ների անհատական ​​տարբերությունների պատճառով առաջացած ջերմաստիճանային շեղումները կարող են չեզոքացվել։

Առավելություններ. Նմուշային հորերի միջև ջերմաստիճանի տարբերությունը կարող է կառավարվել ±0.3℃ սահմաններում, խուսափելով եզրային և կենտրոնական հորերի միջև անհամապատասխան ջերմաստիճանների պատճառով առաջացող ուժեղացման արդյունավետության տարբերություններից և ապահովելով նմուշների արդյունքների համեմատելիությունը (օրինակ՝ իրական ժամանակի ֆլուորեսցենտային քանակական ՊՇՌ-ում CT արժեքների համապատասխանությունը):

5. Հուսալիություն և սպասարկում. Նվազեցրեք երկարաժամկետ ծախսերը

Սկզբունք՝ TEC-ը չունի մաշվող մասեր, ունի ավելի քան 100,000 ժամ ծառայության ժամկետ և չի պահանջում սառնագենտների պարբերաբար փոխարինում (օրինակ՝ կոմպրեսորներում ֆրեոն):

Առավելություններ. Ավանդական կոմպրեսորով սառեցվող ՊՇՌ սարքի միջին կյանքի տևողությունը մոտավորապես 5-ից 8 տարի է, մինչդեռ TEC համակարգը կարող է այն երկարաձգել մինչև 10 տարի: Ավելին, սպասարկումը պահանջում է միայն ջերմափոխանակիչի մաքրում, ինչը զգալիորեն կրճատում է սարքավորումների շահագործման և սպասարկման ծախսերը:

III. Դիմումներում առկա մարտահրավերներ և օպտիմալացումներ

Կիսահաղորդչային սառեցումը կատարյալ չէ ՊՇՌ-ում և պահանջում է նպատակային օպտիմալացում։

Ջերմության արտանետման խցանում. Երբ TEC-ը սառեցվում է, ջերմության արտանետման ծայրում կուտակվում է մեծ քանակությամբ ջերմություն (օրինակ, երբ ջերմաստիճանը իջնում ​​է 95℃-ից մինչև 55℃, ջերմաստիճանի տարբերությունը հասնում է 40℃-ի, և ջերմության արտանետման հզորությունը զգալիորեն մեծանում է): Անհրաժեշտ է այն համատեղել արդյունավետ ջերմության արտանետման համակարգի հետ (օրինակ՝ պղնձե ջերմափոխանակիչներ + տուրբինային օդափոխիչներ կամ հեղուկային սառեցման մոդուլներ), հակառակ դեպքում դա կհանգեցնի սառեցման արդյունավետության նվազմանը (և նույնիսկ գերտաքացման վնասին):

Էներգիայի սպառման կառավարում. ջերմաստիճանի մեծ տարբերությունների դեպքում TEC էներգիայի սպառումը համեմատաբար բարձր է (օրինակ՝ 96-հոսանք ունեցող ՊՇՌ սարքի TEC հզորությունը կարող է հասնել 100-200 Վտ-ի), և անհրաժեշտ է նվազեցնել անարդյունավետ էներգիայի սպառումը ինտելեկտուալ ալգորիթմների միջոցով (օրինակ՝ կանխատեսող ջերմաստիճանի կառավարում):

IV. Գործնական կիրառման դեպքեր

Ներկայումս հիմնական ՊՇՌ սարքերը (հատկապես իրական ժամանակի ֆլուորեսցենտ քանակական ՊՇՌ սարքերը) ընդհանուր առմամբ կիրառում են կիսահաղորդչային սառեցման տեխնոլոգիա, օրինակ՝

Լաբորատոր որակի սարքավորումներ. որոշակի ապրանքանիշի 96-խոռոչանոց ֆլուորեսցենտային քանակական ՊՇՌ սարք, որն ունի TEC ջերմաստիճանի կարգավորիչ, մինչև 6℃/վրկ տաքացման և սառեցման արագությամբ, ±0.05℃ ջերմաստիճանի կարգավորման ճշգրտությամբ և 384-խոռոչանոց բարձր թողունակությամբ հայտնաբերման աջակցությամբ։

Դյուրակիր սարք. TEC նախագծման վրա հիմնված որոշակի ձեռքի ՊՇՌ սարք (1 կգ-ից պակաս քաշով) կարող է ավարտել նոր կորոնավիրուսի հայտնաբերումը 30 րոպեի ընթացքում և հարմար է տեղում, ինչպիսիք են օդանավակայանները և համայնքները, աշխատանքների համար։

Ամփոփում

Ջերմաէլեկտրական սառեցումը, իր երեք հիմնական առավելություններով՝ արագ ռեակցիա, բարձր ճշգրտություն և մինիատուրացում, լուծել է ՊՇՌ տեխնոլոգիայի հիմնական թերությունները՝ արդյունավետության, յուրահատկության և տեղանքի հարմարվողականության առումով, դառնալով ժամանակակից ՊՇՌ գործիքների (հատկապես արագ և փոխադրելի սարքերի) ստանդարտ տեխնոլոգիա և տարածելով ՊՇՌ-ը լաբորատորիայից դեպի ավելի լայն կիրառման ոլորտներ, ինչպիսիք են կլինիկական անկողնային և տեղում հայտնաբերումը։

TES1-15809T200 ՊՇՌ մեքենայի համար

Տաք կողմի ջերմաստիճանը՝ 30°C,

Imax: 9.2A

Umax: 18.6V

Qmax: 99.5 Վտ

Դելտա T առավելագույնը. 67 C

ACR: 1.7 ±15% Ω (1.53-ից մինչև 1.87 Օհմ)

Չափսը՝ 77×16.8×2.8 մմ