實(shí)時(shí)溫控微型樣品室的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室，包括控溫裝置(A)、樣品室(B)和控溫儀表(C)三部分?？販匮b置(A)包括U型支撐板(①)、半導(dǎo)體制冷片(TEC)(②)、TEC的金屬導(dǎo)熱片(③)、熱電偶探頭(④)、玻片支撐板(⑤)和隔熱板(⑥)。樣品室(B)包括上蓋玻片(⑦)、樣品室基板(⑧)和下蓋玻片(⑨)?？販貎x表(C)包括控溫電源、反饋控制器和導(dǎo)線。本發(fā)明可對(duì)樣品的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)，溫控范圍為6-90℃，溫度響應(yīng)時(shí)間≤3min，溫度控制精度為±0.5℃。樣品室不會(huì)引入任何機(jī)械振動(dòng)，無(wú)噪聲源；容積可調(diào)，最少僅需10μl溶液即可充滿樣品室；體積小，特別滿足由于高倍率物鏡導(dǎo)致的顯微鏡載物臺(tái)空間十分有限的情況。
【專利說(shuō)明】實(shí)時(shí)溫控微型樣品室

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于顯微容器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品 室。

【背景技術(shù)】
[0002] 在顯微觀察實(shí)驗(yàn)和顯微操作實(shí)驗(yàn)中，普通的樣品室由于沒(méi)有溫度調(diào)節(jié)功能，只能 在室溫下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但在實(shí)際應(yīng)用中，很多生物、物理以及化學(xué)實(shí)驗(yàn)需要在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中維持 特定溫度（不一定是室溫），或者隨實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行而改變溫度，因此需要加裝帶有溫控設(shè)備的 樣品室。
[0003] 目前已有的樣品室溫控裝置一般體積較大，并多帶有風(fēng)扇等噪聲源，無(wú)法滿足使 用高倍率顯微物鏡的狹小工作空間以及高精度測(cè)量所需的超低噪聲要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于：提供一種能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程 中對(duì)樣品室內(nèi)液體的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)，樣品室體積小，不引入任何機(jī)械振動(dòng)，具有 較好的對(duì)溫度時(shí)間響應(yīng)能力和溫度調(diào)節(jié)精度。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室，包括控溫 裝置A、樣品室B和控溫儀表C，其中：
[0006] 控溫裝置A包括U型支撐板①，半導(dǎo)體制冷片（TEC)②，TEC的金屬導(dǎo)熱片③，熱 電偶探頭④，玻片支撐板⑤和隔熱板⑥；
[0007] 控溫裝置A的U型支撐板①兩側(cè)下方為兩個(gè)半導(dǎo)體制冷片（TEC)②，每個(gè)半導(dǎo)體 制冷片（TEC)②下方均裝有TEC的金屬導(dǎo)熱片③，兩個(gè)TEC的金屬導(dǎo)熱片③下面共同連接 玻片支撐板⑤，玻片支撐板⑤下面為兩個(gè)隔熱板⑥，TEC的金屬導(dǎo)熱片（③）的方槽開(kāi)口向 下，兩個(gè)熱電偶探頭④分別安裝在兩個(gè)TEC的金屬導(dǎo)熱片③的方槽內(nèi)，且使得熱電偶探頭 ④位于TEC的金屬導(dǎo)熱片③和玻片支撐板⑤之間。
[0008] U型支撐板①，半導(dǎo)體制冷片（TEC)②，TEC的金屬導(dǎo)熱片③，熱電偶探頭④，玻片 支撐板⑤使用導(dǎo)熱膠粘合，然后將隔熱板⑥使用普通粘合劑粘合在玻片支撐板⑤的下方， 最終組成控溫裝置A。
[0009] 樣品室B包括上蓋玻片⑦，樣品室基板⑧和下蓋玻片⑨，樣品室基板⑧為帶有方 孔的金屬片。
[0010] 將上蓋玻片⑦、樣品室基板⑧和下蓋玻片⑨用502速干膠順次粘合，從而成樣品 室B，由于樣品室基板⑧為帶有方孔的金屬片，因此粘合后會(huì)在上蓋玻片⑦和下蓋玻片⑨中 間形成一個(gè)長(zhǎng)條形的腔體，并在兩側(cè)分別留有一個(gè)小孔，可用于加樣和排氣。
[0011] 控溫儀表c包括控溫電源、反饋控制器以及導(dǎo)線。
[0012] 控溫裝置A和樣品室B使用透明膠連接，半導(dǎo)體制冷片（TEC)②的導(dǎo)線和熱電偶 探頭④的導(dǎo)線需連接至控溫儀表C的反饋控制器上。
[0013] 進(jìn)一步的，可以通過(guò)改變樣品室基板⑧的厚度來(lái)改變樣品室容積。
[0014] 進(jìn)一步的，控溫裝置A中的各個(gè)部件之間用導(dǎo)熱膠連接，保證熱傳導(dǎo)能力與機(jī) 械強(qiáng)度，并且保證U型支撐板①與TEC的金屬導(dǎo)熱片③不直接接觸，降低半導(dǎo)體制冷片 (TEC)②的冷熱面間的熱傳導(dǎo)。
[0015] 進(jìn)一步的，使用前，先在樣品室B內(nèi)注入所需樣品，用高溫潤(rùn)滑脂封閉兩側(cè)，以保 持好的水密性、耐熱性以及化學(xué)穩(wěn)定性。然后將樣品室B與控溫裝置A連接，最后將溫控微 型樣品室整體放置在樣品臺(tái)上即可。工作時(shí)打開(kāi)外部電源和反饋控制器，在反饋控制器上 設(shè)定所需溫度，等待約3分鐘之后，溫控微型樣品室內(nèi)的液體溫度即可維持在所設(shè)定的溫 度上。
[0016] 進(jìn)一步的，溫控微型樣品室中的樣品溶液與導(dǎo)熱金屬（樣品室基板⑧）直接接觸， 使熱量可以在樣品與導(dǎo)熱金屬之間傳遞，進(jìn)而使溶液溫度與TEC的金屬導(dǎo)熱片③的溫度快 速趨向平衡。TEC在反饋控制電路的作用下，調(diào)節(jié)TEC的金屬導(dǎo)熱片③的溫度就可以調(diào)節(jié)溶 液溫度。
[0017] 進(jìn)一步的，控溫裝置A與樣品室B可分離，更換樣品時(shí)只需更換樣品室B部分即 可。
[0018] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0019] ①本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)樣品室內(nèi)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)，具有較好的對(duì)溫 度時(shí)間響應(yīng)能力和溫度調(diào)節(jié)精度。
[0020] ②本發(fā)明樣品室體積小，實(shí)用性廣，特別滿足由于高倍率物鏡導(dǎo)致的顯微鏡載物 臺(tái)空間十分有限的情況。
[0021] ③本發(fā)明不引入任何機(jī)械振動(dòng)，無(wú)噪聲源，可用于高精測(cè)量。
[0022] ④本發(fā)明中樣品室（B)的內(nèi)部容積可調(diào)，最少僅需10μ 1溶液即可充滿樣品室 (樣品室基板（⑧）厚度為〇· 1mm時(shí)）。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1為本發(fā)明一種能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室結(jié)構(gòu)示意圖，圖中編號(hào)依 次為：
[0024] ①為U型支撐板，
[0025] ②為T(mén)EC (半導(dǎo)體制冷片），
[0026] ③為T(mén)EC的金屬導(dǎo)熱片，
[0027] ④為熱電偶探頭，
[0028] ⑤為玻片支撐板，
[0029] ⑥為隔熱板，
[0030] ⑦為上蓋玻片，
[0031] ⑧為樣品室基板，
[0032] ⑨為下蓋玻片；
[0033] 圖2為一種能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室成品不意圖；
[0034] 圖3為U型支撐板①，其中圖（a)為U型支撐板俯視圖，圖（b)為U型支撐板側(cè)視 圖；單位：mm ;
[0035] 圖4為T(mén)EC的金屬導(dǎo)熱片③，其中圖（a)為T(mén)EC的金屬導(dǎo)熱片俯視圖，圖（b)為 TEC的金屬導(dǎo)熱片側(cè)視圖；單位：mm ;
[0036] 圖5為玻片支撐板⑤,75_X 25_X 1mm ;
[0037] 圖6為樣品室基板⑧，32mmX22mmX0. lmm(0. 1mm為基板厚度，其值可選）。

【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。
[0039] 本發(fā)明提出一種能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室。該微型樣品室的結(jié)構(gòu)由控 溫裝置A、樣品室B和控溫儀表C三部分組成?？販匮b置A和樣品室B的結(jié)構(gòu)如圖1所示， 組合形成的實(shí)時(shí)溫控微型樣品室為圖2的樣式。
[0040] 控溫裝置A :由元件①-⑤使用導(dǎo)熱膠粘合而成，⑥使用502速干膠粘附在 ⑤之下，如圖2所示。U型支撐板①：夕卜部尺寸90mm X 40mm X 3mm，一側(cè)對(duì)稱中心加工 成50mmX30mm的方槽。U型部分的一面使用導(dǎo)熱膠與TEC②（20mmX20mmX3mm，型號(hào) tesl-04902)鏈接。TEC②的上下面的選擇要與外界控制器的正負(fù)極配合，接反會(huì)無(wú)法實(shí)現(xiàn) 溫度調(diào)控。TEC②的一面通過(guò)導(dǎo)熱膠與TEC的金屬導(dǎo)熱片③相連接。TEC的金屬導(dǎo)熱片③： 外部尺寸30mmX25mmX5mm，有3mmX3mm方形凹槽，如圖4所示。熱電偶探頭④通過(guò)導(dǎo)熱膠 固定于TEC的金屬導(dǎo)熱片③的凹槽內(nèi)。最后使用導(dǎo)熱膠或502速干膠分別將玻片支撐板⑤ 以及隔熱板⑥依次固定于TEC的金屬導(dǎo)熱片③下方。玻片支撐板⑤外部尺寸75mmX 25mm， 中心對(duì)稱加工成22mmX 19mm方槽，厚度為1mm，如圖5所不。
[0041] 樣品室B :由元件⑦-⑨使用502速干膠粘合而成。蓋玻片⑦（帆船牌）外觀 尺寸為 18mmX18mmX0· 17mm;下蓋玻片尺寸⑨（Corning Cover Glass Cat. No. 2865-22) 為22_Χ22_Χ0· 17mm ;樣品室基板⑧：薄銅片，外尺寸32_Χ22_Χ0· 1mm,中心加工成 22_X4mm方孔，如圖6所示。樣品室基板厚度可選，若使用0. 1mm薄片，貝U樣品室內(nèi)容積約 10 μ 1。取清潔的上蓋玻片⑦和下蓋玻片⑨蓋玻片各一片，使兩片的中心重合、長(zhǎng)短邊分別 平行，將樣品室基板⑧壓置于中間并夾緊，制成樣品室Β，如圖1-Β所示。
[0042] 使用注射器將502速干膠滴至玻片邊緣，由于毛細(xì)效應(yīng)，膠水很快充滿兩玻片間 的空隙，約十幾秒后膠水干燥。待兩側(cè)玻片粘好之后，其間形成一個(gè)長(zhǎng)條型的樣品腔，兩端 各留的開(kāi)口，用于進(jìn)樣和排氣。
[0043] 使用前，先將樣品溶液注入樣品室Β中，并用高溫潤(rùn)滑脂（美孚金霸王）分別封住 兩端口，然后用透明膠將樣品室Β固定于控溫Α的下方，注意Β的上玻片⑦朝上，此時(shí)上玻 片⑦將正好處于玻片支撐板⑤中心方槽內(nèi)。
[0044] 控溫儀表C :本實(shí)施例采用余姚眾泰儀表生產(chǎn)的溫控表頭以及相應(yīng)的穩(wěn)壓直流電 源作為外部控制元件。該控溫儀表用電磁繼電器控制通過(guò)TEC的電流的方向，從而控制 TEC②下方導(dǎo)熱金屬板③的溫度變化?？販貎x表C包括控溫電源、反饋控制器以及導(dǎo)線等都 屬于現(xiàn)有市場(chǎng)外購(gòu)器件。
[0045] 將微型熱電偶（美國(guó)Omega)置于樣品室B中，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)樣品室內(nèi)溶液的溫 度。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)本實(shí)施例能有效調(diào)節(jié)樣品室內(nèi)的溫度，有效調(diào)節(jié)范圍為6-90°C，在該范圍內(nèi)可 維持溫度基本恒溫，溫度波動(dòng)范圍為± 〇. 5 °C。
[0046] 本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室，通過(guò)控制與樣品緊密接觸的導(dǎo)熱金 屬的溫度，來(lái)間接控制樣品室中樣品的溫度。導(dǎo)熱金屬的溫度通過(guò)熱電偶溫度計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí) 測(cè)量。這種樣品室可以滿足顯微生物、物理、化學(xué)實(shí)驗(yàn)中對(duì)實(shí)驗(yàn)溫度進(jìn)行調(diào)控和恒溫的要 求。
[0047] 本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室，具有如表1所示技術(shù)指標(biāo)：
[0048] 表 1
[0049]

【權(quán)利要求】
1. 一種能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室，其特征在于：包括控溫裝置（A)、樣品室 ⑶和控溫儀表（C)三部分，其中 ： 控溫裝置（A)包括U型支撐板（①），半導(dǎo)體制冷片（TEC)(②），TEC的金屬導(dǎo)熱片 (③），熱電偶探頭（④），玻片支撐板（⑤）和隔熱板（⑥）； 控溫裝置（A)的U型支撐板（①）兩側(cè)下方為兩個(gè)半導(dǎo)體制冷片（TEC)(②），每個(gè)半 導(dǎo)體制冷片（TEC)(②）下方均裝有TEC的金屬導(dǎo)熱片（③），兩個(gè)TEC的金屬導(dǎo)熱片（③） 下面共同連接玻片支撐板（⑤），玻片支撐板（⑤）下面為兩個(gè)隔熱板（⑥），TEC的金屬 導(dǎo)熱片（③）的方槽開(kāi)口向下，兩個(gè)熱電偶探頭（④）分別安裝在兩個(gè)TEC的金屬導(dǎo)熱片 (③）的方槽內(nèi)，且使得熱電偶探頭（④）位于TEC的金屬導(dǎo)熱片（③）和玻片支撐板（⑤） 之間； U型支撐板（①），半導(dǎo)體制冷片（TEC)(②），TEC的金屬導(dǎo)熱片（③），熱電偶探頭 (④），玻片支撐板（⑤）使用導(dǎo)熱膠粘合，然后將隔熱板（⑥）使用普通粘合劑粘合在玻 片支撐板（⑤）的下方，最終組成控溫裝置（A); 樣品室（B)包括上蓋玻片（⑦），樣品室基板（⑧）和下蓋玻片（⑨），樣品室基板 (⑧）為帶有方孔的金屬片； 將上蓋玻片（⑦）、樣品室基板（⑧）和下蓋玻片（⑨）用502速干膠順次粘合，從 而形成樣品室（B)，由于樣品室基板（⑧）為帶有方孔的金屬片，因此粘合后會(huì)在上蓋玻片 (⑦）和下蓋玻片（⑨）中間形成一個(gè)長(zhǎng)條形的腔體，并在兩側(cè)分別留有一個(gè)小孔，可用于 加樣和排氣； 控溫儀表（C)包括控溫電源、反饋控制器以及導(dǎo)線； 控溫裝置（A)和樣品室（B)使用透明膠連接，半導(dǎo)體制冷片（TEC)(②）的導(dǎo)線和熱電 偶探頭（④）的導(dǎo)線需連接至控溫儀表（C)的反饋控制器上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室，其特征在于：可 以通過(guò)改變樣品室基板（⑧）的厚度來(lái)改變樣品室容積。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室，其特征在于：控 溫裝置A中的各個(gè)部件之間使用導(dǎo)熱膠連接，保證熱傳導(dǎo)能力與機(jī)械強(qiáng)度，并且保證U型支 撐板（①）與TEC的金屬導(dǎo)熱片（③）不直接接觸，降低半導(dǎo)體制冷片（TEC)(②）的冷熱 面間的熱傳導(dǎo)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室，其特征在于：使 用前，先在樣品室（B)內(nèi)注入所需樣品，用高溫潤(rùn)滑脂封閉兩側(cè)，以保持好的水密性、耐熱 性以及化學(xué)穩(wěn)定性，然后將樣品室（B)與控溫裝置（A)連接，最后將溫控微型樣品室整體放 置在樣品臺(tái)上即可，工作時(shí)打開(kāi)外部電源和反饋控制器，在反饋控制器上設(shè)定所需溫度，等 待約3分鐘之后，溫控微型樣品室內(nèi)的液體溫度即可維持在所設(shè)定的溫度上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室，其特征在于：溫 控微型樣品室中的樣品溶液與導(dǎo)熱金屬樣品室基板（⑧）直接接觸，使熱量可以在樣品與 導(dǎo)熱金屬之間傳遞，進(jìn)而使溶液溫度與TEC的金屬導(dǎo)熱片（③）的溫度快速趨向平衡；TEC 在反饋控制電路的作用下，調(diào)節(jié)TEC的金屬導(dǎo)熱片（③）的溫度就可以調(diào)節(jié)溶液溫度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種能夠?qū)崟r(shí)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)控的微型樣品室，其特征在于：控 溫裝置（A)與樣品室（B)可分離，更換樣品時(shí)只需更換樣品室（B)部分即可。
【文檔編號(hào)】B01L7/00GK104267766SQ201410539238
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】李迪, 李銀妹, 呼新堯, 周金華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)