一種基于相變蓄熱材料和熱管的pcr儀器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于相變蓄熱材料和熱管的PCR儀器，屬于科學(xué)儀器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]PCR(Polymerase Chain React1n，聚合酶鏈反應(yīng))儀器是一種應(yīng)用廣泛、十分重要的生命科學(xué)儀器。廣泛應(yīng)用在生命科學(xué)研究、生化分析、臨床診斷、藥物分析、法醫(yī)鑒定和疫情快速檢驗(yàn)等各個(gè)領(lǐng)域中作為基因擴(kuò)增分析的首選儀器設(shè)備。
[0003]傳統(tǒng)PCR儀器的基本構(gòu)造由四層組成，如圖1所示，最上面一層是試劑控溫臺(tái)，一般由高導(dǎo)熱率金屬組成，上面加工有試劑腔，用于安裝試管，同時(shí)還嵌入有鉑電阻溫度傳感器用于高精度的溫度測(cè)量，第二層是半導(dǎo)體制冷片層，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)試劑控溫臺(tái)的加熱或制冷，第三層是散熱片層，接收半導(dǎo)體散熱片排散的廢冷或廢熱，第四部分是第一風(fēng)扇層用于將散熱片層廢冷或廢熱排散到空氣中。
[0004]PCR儀的工作過(guò)程如圖2所示。
[0005]第一步“變性〃。把樣品加熱至94-96°C耗時(shí)30秒到數(shù)分鐘，DNA雙鏈被解開(kāi)為兩個(gè)單鏈。
[0006]第二步“退火〃。讓樣品的溫度下降至50-65°C耗時(shí)30秒到數(shù)分鐘，兩個(gè)單鏈與試劑中預(yù)先加入的DNA引物結(jié)合。
[0007]第三步“延伸〃。讓樣品的溫度上升至72°C耗時(shí)30秒到數(shù)分鐘，試劑中離散的堿基與兩個(gè)單鏈的剩余部分結(jié)合成兩個(gè)獨(dú)立的雙鏈。
[0008]大約經(jīng)過(guò)30個(gè)循環(huán)完成一次培養(yǎng)過(guò)程。
[0009]當(dāng)前的PCR儀器設(shè)計(jì)方案升溫和降溫速度提升較慢，能耗高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于相變蓄熱材料和熱管的PCR儀器，提高了升降溫速度，降低了能耗。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種基于相變蓄熱材料和熱管的PCR儀器，包括試劑加熱臺(tái)、第一半導(dǎo)體制冷片、金屬散熱板、第二風(fēng)扇、第一相變蓄熱裝置、第二半導(dǎo)體制冷片、絲杠、步進(jìn)電機(jī)、第一風(fēng)扇、金屬散熱片、控制器、第一熱管、第二熱管、第二相變蓄熱裝置及溫度傳感器；
[0012]試劑加熱臺(tái)、第一半導(dǎo)體制冷片和金屬散熱板通過(guò)導(dǎo)熱硅脂依次粘接，試劑加熱臺(tái)上面加工有用于安裝試管的試劑腔，第二風(fēng)扇通過(guò)螺釘固定在金屬散熱板下方；
[0013]第一相變蓄熱裝置、第二半導(dǎo)體制冷片、金屬散熱片和第一風(fēng)扇依次緊固連接，且第一相變蓄熱裝置、第二半導(dǎo)體制冷片和金屬散熱片之間通過(guò)導(dǎo)熱硅脂粘接；絲杠的一端與步進(jìn)電機(jī)連接，另一端與由第一相變蓄熱裝置、第二半導(dǎo)體制冷片、金屬散熱片和第一風(fēng)扇組成的整體結(jié)構(gòu)螺紋副配合連接；
[0014]金屬散熱片通過(guò)第一熱管與第二相變蓄熱裝置連接；第二熱管穿過(guò)金屬散熱板，其兩端分別與第一相變蓄熱裝置和第二相變蓄熱裝置相對(duì)，所述第二熱管的兩端均焊接有銅板；
[0015]溫度傳感器嵌在試劑加熱臺(tái)、第一相變蓄熱裝置、金屬散熱板、金屬散熱片和第二相變蓄熱裝置中，用于采集試劑加熱臺(tái)、第一相變蓄熱裝置、金屬散熱片和第二相變蓄熱裝置的溫度，并輸出給控制器；控制器用于控制第一半導(dǎo)體制冷片和第二半導(dǎo)體制冷片的加電極性和加電功率，以及步進(jìn)電機(jī)、第一風(fēng)扇和第二風(fēng)扇的工作。
[0016]所述第一相變蓄熱裝置采用凝固點(diǎn)為25°C — 35°C的石蠟制成；第二相變蓄熱裝置米用凝固點(diǎn)為60 °C — 80 °C的石錯(cuò)制成。
[0017]所述金屬散熱片與第一風(fēng)扇相接觸的一面設(shè)計(jì)有翅片，金屬散熱板與第二風(fēng)扇相接觸的一面設(shè)計(jì)有翅片。
[0018]還包括滑軌，所述滑軌穿過(guò)由第一相變蓄熱裝置、第二半導(dǎo)體制冷片、金屬散熱片和第一風(fēng)扇組成的整體結(jié)構(gòu)，并固定在放置PCR儀器的臺(tái)面上，用于控制第一相變蓄熱裝置、第二半導(dǎo)體制冷片、金屬散熱片和第一風(fēng)扇的運(yùn)動(dòng)方向。
[0019]所述第一相變蓄熱裝置采用凝固點(diǎn)為30°C的石蠟制成，第二相變蓄熱裝置采用凝固點(diǎn)為70°C的石蠟制成。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0021](I)本發(fā)明第二熱管穿過(guò)金屬散熱板，可以使第一半導(dǎo)體制冷片產(chǎn)生的熱量或冷量盡快導(dǎo)出，有效提高了熱導(dǎo)率。
[0022](2)本發(fā)明的第二相變蓄熱裝置與第二熱管的一端、第一相變蓄熱裝置與第二熱管的另一端形成兩個(gè)熱開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)熱量傳遞方向的控制；同時(shí)將第二半導(dǎo)體制冷片產(chǎn)生的冷量或熱量通過(guò)相變蓄熱裝置傳輸?shù)皆噭┘訜崤_(tái)，實(shí)現(xiàn)了廢熱的二次利用。
[0023](3)本發(fā)明通過(guò)第二相變蓄熱裝置與第二熱管的一端、第一相變蓄熱裝置與第二熱管的另一端形成兩個(gè)熱開(kāi)關(guān)的使用，提高了半導(dǎo)體制冷片的效率，實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的升溫速率提升一倍以上，降溫速率提高兩倍以上，同時(shí)設(shè)備的總功耗減低一半，對(duì)PCR儀器的升降換代具有重要意義。
[0024](4)本發(fā)明在金屬散熱片與第一風(fēng)扇相接觸的一面設(shè)計(jì)有翅片，金屬散熱板與第二風(fēng)扇相接觸的一面設(shè)計(jì)有翅片，增大了散熱面積，加快了散熱速度。
[0025](5)第一相變蓄熱裝置、第二半導(dǎo)體制冷片、金屬散熱片和第一風(fēng)扇組成的整體結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了滑軌，從而保證了在電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一相變蓄熱裝置、第二半導(dǎo)體制冷片、金屬散熱片和第一風(fēng)扇的運(yùn)動(dòng)方向不偏移。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為傳統(tǒng)PCR儀器的基本構(gòu)造圖；
[0027]圖2為PCR儀器的工作過(guò)程示意圖；
[0028]圖3為基于相變蓄熱材料和熱管的PCR儀器示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0030]本發(fā)明提出一種基于相變蓄熱材料和熱管的PCR儀器，如圖3所示，包括試劑加熱臺(tái)1、第一半導(dǎo)體制冷片2、金屬散熱板3、第一相變蓄熱裝置4、第二半導(dǎo)體制冷片5、絲杠6、步進(jìn)電機(jī)7、第一風(fēng)扇8、金屬散熱片9、控制器10、第一熱管11、第二熱管12、第二相變蓄熱裝置13、滑軌14、第二風(fēng)扇15及溫度傳感器。
[0031]試劑加熱臺(tái)1、第一半導(dǎo)體制冷片2和金屬散熱板3通過(guò)導(dǎo)熱硅脂依次粘接，試劑加熱臺(tái)I上面加工有用于安裝試管的試劑腔，用于對(duì)放入其中的試劑進(jìn)行加熱或降溫，第一半導(dǎo)體制冷片2為試劑加熱臺(tái)I的熱量或冷量來(lái)源，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體制冷片2直流電源正接時(shí)，第一半導(dǎo)體制冷片2的上表面加熱，下表面制冷，反接時(shí)功能相反，金屬散熱板3用于接收半導(dǎo)體制冷片的廢熱或廢冷，第二風(fēng)扇15通過(guò)螺釘固定在金屬散熱板3下方，第二風(fēng)扇15當(dāng)在對(duì)試劑加熱臺(tái)I降溫時(shí)開(kāi)啟，用于加快降溫速度。
[0032]第二熱管12直接埋入金屬散熱板3中，兩者緊密接觸，其接觸熱阻很低，第二熱管12的兩端焊接有銅板，其表面經(jīng)過(guò)拋光，分別和第一相變蓄熱裝置4和第二相變蓄熱裝置13相對(duì)，第二相變蓄熱裝置13、金屬散熱片9通過(guò)第一熱管11焊接在一起，第一相變蓄熱裝置4、第二半導(dǎo)體制冷片5、金屬散熱片9和第一風(fēng)扇8剛性連接，且第一相變蓄熱裝置
4、第二半導(dǎo)體制冷片5和金屬散熱片9之間通過(guò)導(dǎo)熱硅脂粘接；絲杠6的螺母插入并固定在由第一相變蓄熱裝置4、第二半導(dǎo)體制冷片5、金屬散熱片9和第一風(fēng)扇8組成的整體結(jié)構(gòu)中，絲杠6的一端與螺母連接(形成螺紋副配合結(jié)構(gòu))，絲杠6的另一端與步進(jìn)電機(jī)7連接；步進(jìn)電機(jī)7旋轉(zhuǎn)時(shí)絲杠6隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)上述剛性連接部分左右移動(dòng)，當(dāng)向左移動(dòng)時(shí)，第二熱管12的右端銅板與第一相變蓄熱裝置4緊密接觸，當(dāng)向右移動(dòng)時(shí)，第二熱管12的左端與第二相變蓄熱裝置13緊密接觸。
[0033]試劑加熱臺(tái)1、第一相變蓄熱裝置4、金屬散熱片9和第二相變蓄熱裝置13中預(yù)埋有鉑電阻溫度傳感器，由控制器10對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集。
[0034]控制器13控制整個(gè)裝置的電器部分，具體來(lái)說(shuō)，控制第一半導(dǎo)體制冷片2和第二半導(dǎo)體制冷片5的加電極性和加電功率，以及步進(jìn)電機(jī)7的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)以及第一風(fēng)扇8、第二風(fēng)扇15的啟停。
[0035]該儀器在傳統(tǒng)方案的金屬散熱片上埋入了熱管，可以使半導(dǎo)體制冷片產(chǎn)生的熱量或冷量盡快導(dǎo)出，在熱管的兩端分別焊接了銅板，在步進(jìn)電機(jī)的作用下，相變蓄熱裝置移動(dòng)，銅板和相變蓄熱裝置充分接觸，實(shí)現(xiàn)熱開(kāi)關(guān)的作用，可以將相變蓄熱裝置中的熱量或冷量導(dǎo)熱到金屬散熱片中。
[0036]相變蓄熱裝置中采用石蠟類相變材料，第二相變蓄熱裝置選用的是凝固點(diǎn)為6