專利名稱：一種溫控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及溫控領(lǐng)域，特別涉及一種溫控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
溫度是化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)形態(tài)變化的重要影響因素，并且在某些領(lǐng)域中的化學(xué)反應(yīng)及物質(zhì)形態(tài)變化還需要在顯微鏡下實(shí)時(shí)的記錄其具體過程。例如在低溫生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中經(jīng)常需要觀察和記錄細(xì)胞或生物組織在冷凍和復(fù)溫過程中以及添加和去除低溫保護(hù)劑過程中的體積變化等信息，這些信息對(duì)于優(yōu)化細(xì)胞和組織的低溫保存尤其重要，通過記錄細(xì)胞在不同的升降溫速率和不同濃度的低溫保護(hù)劑的條件下的體積變化，然后根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)，結(jié)合相關(guān)數(shù)學(xué)模型，擬合出細(xì)胞的特定生物物理學(xué)參數(shù)，從而制定出特定的低溫保存方案。目前，灌流顯微鏡常用于觀察化學(xué)反應(yīng)及物質(zhì)形態(tài)變化的具體過程。但灌流顯微鏡的溫控系統(tǒng)的冷卻模塊通常采用不透明的金屬材料(如鋁、銅等)，加熱模塊通常采用電熱薄膜，當(dāng)該溫控系統(tǒng)與顯微鏡配套使用時(shí)，冷卻模塊和加熱模塊都需要定制進(jìn)光孔，不但工藝復(fù)雜而且有效視野極其有限，在進(jìn)行觀察時(shí)不易充分了解反應(yīng)或物質(zhì)形態(tài)變化的具體過程。進(jìn)一步地，由于灌流顯微鏡中采用的電熱薄膜是由聚酰亞胺薄層內(nèi)嵌電阻絲構(gòu)成，其熱量是以電阻絲為中心向外傳導(dǎo)，因此電熱薄膜表面的溫度分布是不均勻的，從而造成加熱不均勻。此外，商業(yè)冷凍干燥臺(tái)也廣泛地應(yīng)用于觀察樣品形態(tài)的變化，由于樣品處在一個(gè)密閉的環(huán)境中，因此不能動(dòng)態(tài)向樣品區(qū)加入藥品，即不能實(shí)現(xiàn)在特定溫度和溶液組分同時(shí)變化時(shí)，對(duì)樣品形態(tài)變化進(jìn)行觀察。并且冷凍干燥臺(tái)的溫度傳感器采集的溫度是冷卻模塊表面的溫度，而不是樣品周圍的溫度，不能清楚地表明樣品的實(shí)際溫度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種溫控系統(tǒng)，這種溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有利于清晰地觀察化學(xué)反應(yīng)及物質(zhì)形態(tài)變化的具體過程。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提出的溫控系統(tǒng)包括冷卻模塊、樣品腔、加熱模塊和控制模塊；其中所述冷卻模塊、所述樣品腔和所述加熱模塊依次疊放，所述控制模塊采集所述樣品腔的溫度，并控制冷卻模塊及加熱模塊的溫度；所述冷卻模塊、所述樣品腔和所述加熱模塊都采用透光材料。優(yōu)選地，所述樣品腔具有至少一個(gè)輸入口和至少一個(gè)輸出口。進(jìn)一步地，所述樣品腔的輸入口和輸出口貫通所述冷卻模塊或所述加熱模塊。優(yōu)選地，所述冷卻模塊的材料為聚甲基苯烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中的一種或幾種。
優(yōu)選地，所述樣品腔的材料為聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚甲基丙烯酸甲脂、聚對(duì)二甲苯、聚四氟乙烯中的一種或幾種。優(yōu)選地，所述加熱模塊的材料為導(dǎo)電玻璃。優(yōu)選地，所述控制模塊包括溫度傳感器、制冷裝置和PID溫控裝置，其中所述溫度傳感器置于所述樣品腔內(nèi)并與PID溫控裝置連接，所述制冷裝置與所述冷卻模塊連接，所述PID溫控裝置與所述加熱模塊連接。進(jìn)一步地，所述制冷裝置為低溫循環(huán)浴槽，所述溫度傳感器為T型熱電偶。更進(jìn)一步地，所述冷卻模塊的內(nèi)部具有U型冷卻槽，所述冷卻模塊的外壁具有兩個(gè)開口與所述U型冷卻槽連通，所述開口與所述低溫循環(huán)浴槽連接。本發(fā)明提供的溫控系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)I)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積大小可控，易于集成至別的配套系統(tǒng)中；2)冷卻模塊、樣品腔和加熱模塊都采用了透光材料，因此不需要再定制進(jìn)光孔即能觀察化學(xué)反應(yīng)及物質(zhì)形態(tài)變化的具體過程。進(jìn)一步地，本發(fā)明提供的溫控系統(tǒng)還有如下優(yōu)點(diǎn)I)樣品腔具有輸入口和輸出口，可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加樣的目的；2)樣品腔的輸入口和輸出口貫通冷卻模塊或加熱模塊，可使溫控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊；3)采用導(dǎo)電玻璃為加熱模塊，因?qū)щ姴Ａ怯刹ＡП砻嫱扛驳慕饘傺趸锉蛹訜?，因此整個(gè)玻璃表面溫度均勻，可使溫控系統(tǒng)的加熱更加均勻；4)將溫度傳感器置于樣品腔內(nèi)，有利于更準(zhǔn)確的測(cè)得樣品的實(shí)際溫度，且PID溫控裝置采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID算法控溫，有利于減小溫控系統(tǒng)在升降溫過程中的溫度誤差；5)使用低溫循環(huán)浴槽有利于更好地控制冷卻模塊的溫度，且T型熱電偶測(cè)溫迅速而準(zhǔn)確，可使溫控系統(tǒng)更加準(zhǔn)確真實(shí)地反應(yīng)出樣品的實(shí)際溫度；6)冷卻槽U型設(shè)計(jì)可使冷凍液在其內(nèi)的流速更大，進(jìn)而冷卻模塊能有較大的降溫速率。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。實(shí)施例1請(qǐng)參閱圖1，如圖所示，冷卻模塊1、樣品腔2和導(dǎo)電玻璃3依次疊放。本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易想到，上述冷卻模塊可有水冷、空冷等多種冷卻模式，冷卻模塊的材料可為各種透光材料如聚甲基苯烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中的一種或幾種，上述樣品腔的形狀可為矩形、圓柱形或其他合適的形狀，樣品腔的材料可為各種透光材料如聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚甲基丙烯酸甲脂、聚對(duì)二甲苯、聚四氟乙烯中的一種或幾種，上述導(dǎo)電玻璃也可替換為其他透明的加熱裝置。在本實(shí)施例中，冷卻模塊I由PMMA (聚甲基苯烯酸甲酯)制成，樣品腔2由PDMS (聚二甲基硅氧烷)制成，冷卻模塊I內(nèi)部具有U型冷卻槽10，并且U型冷卻槽10和低溫循環(huán)浴槽9連接，低溫循環(huán)浴槽9內(nèi)的冷凍液從“U”一邊流進(jìn)，從“U”的另一邊流出，冷凍液在其內(nèi)流動(dòng)通暢，流速較大。此外，導(dǎo)電玻璃3表面的加熱層可由絕緣帶(如不涂覆金屬氧化物薄層部分或絕緣涂層)隔成相互獨(dú)立的區(qū)域，在這些不同區(qū)域接不同的電壓，可實(shí)現(xiàn)在一個(gè)二維平面內(nèi)的溫度按梯度變化。如圖1所示，樣品腔2具有一個(gè)輸入口 4及輸出口 5、6。本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易看出，樣品腔只要具有一個(gè)輸入口和一個(gè)輸出口就可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加樣，在具體的實(shí)施中，可以根據(jù)實(shí)際需要來設(shè)定輸入口及輸出口的個(gè)數(shù)。在本實(shí)施例中，兩個(gè)注入注射泵11、12通過導(dǎo)管并聯(lián)后與混合器13連接，混合器13通過導(dǎo)管與輸入口 4連接，抽取注射泵14通過導(dǎo)管與輸出口 5連接，其中混合器12可起到混合兩個(gè)注入注射泵11注入的樣品。如圖1所示，溫控系統(tǒng)的控制模塊包括PID (比例-積分-微分)溫控裝置7、T型熱電偶8及低溫循環(huán)浴槽9。本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易想到其他可用于控溫的設(shè)備如控溫器等，可用于測(cè)溫的設(shè)備如測(cè)溫儀等，可用于制冷的裝置如制冷機(jī)、換熱器等。在本實(shí)施例中，PID溫控裝置7與導(dǎo)電玻璃3連接，通過導(dǎo)電玻璃自身電阻值和PID溫控裝置7提供給導(dǎo)電玻璃3的電源電壓值來控制導(dǎo)電玻璃3的發(fā)熱量。并且T型熱電偶8通過輸出口 6放置于樣品腔2內(nèi)，PID溫控裝置與T型熱電偶8連接，檢測(cè)樣品腔2內(nèi)的溫度。本實(shí)施例提供了溫控系統(tǒng)是由冷卻模塊和加熱模塊的協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn)樣品腔的升降溫，具體地說，首先固定低溫循環(huán)浴槽9的溫度使冷卻模塊I提供一個(gè)穩(wěn)定制冷量，再通過控制導(dǎo)電玻璃3的發(fā)熱量的大小來控制樣品腔2升溫或降溫，同時(shí)PID溫控裝置接收T型熱電偶8測(cè)得的溫度，并控制導(dǎo)電玻璃的工作時(shí)間，在低溫循環(huán)浴槽9的溫度、導(dǎo)電玻璃3自身的電阻值和PID溫控裝置7提供的電源電壓值在一定范圍內(nèi)時(shí)，即能實(shí)現(xiàn)樣品腔2的升降溫速率可控。實(shí)施例2請(qǐng)參閱圖2，如圖所示，實(shí)施例2和實(shí)施例1的區(qū)別在于，實(shí)施例2的輸入口 4和輸出口 5貫通冷卻模塊1，通過這種貫通設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了從溫控系統(tǒng)的外部直接加樣，使溫控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加緊湊。本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易想到，本發(fā)明的樣品腔的輸入口和輸出口可根據(jù)實(shí)際需要選擇貫通冷卻模塊或加熱模塊。為了更好地理解本發(fā)明，下面將本發(fā)明的實(shí)施例1和顯微鏡結(jié)合，根據(jù)細(xì)胞體積響應(yīng)，測(cè)定細(xì)胞在添加和去除低溫保護(hù)過程中，在不同降溫溫度和不同降溫速率的條件下，考察細(xì)胞膜的滲透性參數(shù)。其中，低溫保護(hù)劑采用含低溫保護(hù)劑(CPA)的磷酸鹽緩沖液或含低溫保護(hù)劑(CPA)的生理鹽水。在添加低溫保護(hù)劑過程中具體實(shí)施過程如下實(shí)驗(yàn)用的細(xì)胞通過注入注射泵11注入溫控系統(tǒng)的樣品腔2中。由于本發(fā)明冷卻模塊和加熱模塊都是透明的，因此只需調(diào)整顯微鏡載物臺(tái)的位置，顯微鏡就可在整個(gè)樣品腔中挑選最適合觀察的樣品。一般等待十五分鐘，使細(xì)胞貼在樣品腔2的內(nèi)壁上。接著在注入注射泵11中裝入不含低溫保護(hù)劑的溶液，在注入注射泵12中裝入含低溫保護(hù)劑的溶液。設(shè)定注入注射泵和抽取注射泵的工作速率，注入注射泵11先以一定速率向樣品腔2中注入不含低溫保護(hù)劑的溶液，抽取注射泵14以相同的速率向外抽取溶液，同時(shí)冷卻模塊I和導(dǎo)電玻璃3協(xié)同工作，通過T型熱電偶8的溫度8反饋，由PID溫控裝置精確控制樣品腔2內(nèi)的溶液溫度。當(dāng)整個(gè)管路和樣品腔2內(nèi)充滿不含低溫保護(hù)劑的溶液時(shí)，關(guān)閉注入注射泵11，啟動(dòng)注入注射泵12并以與抽取注射泵14相同的工作速率往樣品腔2中注入含低溫保護(hù)劑的溶液，則樣品腔完成了從不含低溫保護(hù)劑到含低溫保護(hù)劑溶液的切換，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞模擬添加低溫保護(hù)劑的過程。模擬去除低溫保護(hù)劑過程與模擬添加低溫保護(hù)劑過程的區(qū)別是對(duì)調(diào)注入注射泵11和注入注射泵12的開啟順序。進(jìn)一步地，為了更好地理解本發(fā)明，下面以采用本發(fā)明模擬非平衡冷凍過程和復(fù)溫解凍過程。其中，低溫保護(hù)劑溶液均為水-食鹽-低溫保護(hù)劑三元溶液，溶液的組分由非平衡冷凍過程多元溶液的相圖加以確定。模擬非平衡冷凍過程實(shí)施過程如下實(shí)驗(yàn)用的細(xì)胞通過注入注射泵11注入溫控系統(tǒng)的樣品腔2中，調(diào)整顯微鏡找到合適的觀察視野，等待十五分鐘，使細(xì)胞貼在樣品腔2的內(nèi)壁上。接著往注入注射泵11內(nèi)裝入低濃度的低溫保護(hù)劑溶液，往注入注射泵12內(nèi)裝入高濃度的低溫保護(hù)劑溶液。同步啟動(dòng)注入注射泵11和抽取注射泵14，控制兩者的流速相等，使整個(gè)管路和樣品腔2內(nèi)充滿低濃度的低溫保護(hù)劑溶液。同時(shí)冷卻模塊I和導(dǎo)電玻璃3協(xié)同工作，通過T型熱電偶8的溫度反饋，由PID溫控裝置精確控制樣品腔2內(nèi)的溶液溫度按照實(shí)際冷凍過程的降溫速率而降低。下一步開啟注入注射泵12，通過調(diào)整注入注射泵11和注入注射泵12的工作速率，實(shí)現(xiàn)含不同濃度低溫保護(hù)劑溶液的切換，即實(shí)現(xiàn)樣品腔2內(nèi)的溶液濃度按照實(shí)際冷凍過程的變化而變化。以上為模擬細(xì)胞非平衡冷凍過程的具體操作。模擬復(fù)溫解凍過程與模擬非平衡冷凍過程的區(qū)別是對(duì)調(diào)注入注射泵11和注入注射泵12的開啟順序，并由PID溫控裝置精確控制樣品腔2內(nèi)的溶液溫度按照實(shí)際解凍過程的升溫速率而升聞。雖然本發(fā)明是結(jié)合以上實(shí)施例進(jìn)行描述的，但本發(fā)明并不被限定于上述實(shí)施例，而只受所附權(quán)利要求的限定，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠容易地對(duì)其進(jìn)行修改和變化，但并不離開本發(fā)明的實(shí)質(zhì)構(gòu)思和范圍。
權(quán)利要求
1.一種溫控系統(tǒng)，包括冷卻模塊、樣品腔、加熱模塊和控制模塊；其中所述冷卻模塊、所述樣品腔和所述加熱模塊依次疊放，所述控制模塊采集所述樣品腔的溫度，并控制冷卻模塊及加熱模塊的溫度；所述冷卻模塊、所述樣品腔和所述加熱模塊都采用透光材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品腔具有至少一個(gè)輸入口和至少一個(gè)輸出口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫控系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品腔的輸入口和輸出口貫通所述冷卻模塊或所述加熱模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻模塊的材料為聚甲基苯烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控系統(tǒng)，其特征在于，所述樣品腔的材料為聚二甲基硅氧烷、聚酰亞胺、聚甲基丙烯酸甲脂、聚對(duì)二甲苯、聚四氟乙烯中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控系統(tǒng)，其特征在于，所述加熱模塊的材料為導(dǎo)電玻璃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊包括溫度傳感器、制冷裝置和PID溫控裝置，其中所述溫度傳感器置于所述樣品腔內(nèi)并與PID溫控裝置連接，所述制冷裝置與所述冷卻模塊連接，所述PID溫控裝置與所述加熱模塊連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的溫控系統(tǒng)，其特征在于，所述制冷裝置為低溫循環(huán)浴槽，所述溫度傳感器為T型熱電偶。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的溫控系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻模塊的內(nèi)部具有U型冷卻槽，所述冷卻模塊的外壁具有兩個(gè)開口與所述U型冷卻槽連通，所述開口與所述低溫循環(huán)浴槽連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種溫控系統(tǒng)，包括冷卻模塊、樣品腔、加熱模塊和控制模塊；其中所述冷卻模塊、所述樣品腔和所述加熱模塊依次疊放，所述控制模塊采集所述樣品腔的溫度，并控制冷卻模塊及加熱模塊的溫度；所述冷卻模塊、所述樣品腔和所述加熱模塊都采用透光材料。本發(fā)明提供的溫控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于集成至其它系統(tǒng)中，其冷卻模塊、樣品腔及加熱模塊都采用了透光材料，因此不需要再定制進(jìn)光孔即能觀察化學(xué)反應(yīng)及物質(zhì)形態(tài)變化的具體過程。
文檔編號(hào)G05D23/22GK102999066SQ20121049997
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者趙剛, 朱凱旋, 高大勇, 王建業(yè), 任鍵 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)