Пелтиевото ладење (термоелектрична технологија на ладење базирана на Пелтиеров ефект) стана една од основните технологии на системот за контрола на температурата за PCR (полимеразна верижна реакција) инструменти поради неговата брза реакција, прецизна контрола на температурата и компактна големина, што длабоко влијае на ефикасноста, точноста и сценаријата за примена на PCR. Следново е детална анализа на специфичните примени и предности на термоелектричното ладење (Пелтиево ладење) почнувајќи од основните барања на PCR:
I. Основни барања за контрола на температурата во PCR технологијата
Основниот процес на PCR е повторувачки циклус на денатурација (90-95℃), жарење (50-60℃) и екстензија (72℃), што има исклучително строги барања за системот за контрола на температурата.
Брз пораст и пад на температурата: Скратување на времето на еден циклус (на пример, потребни се само неколку секунди за да се намали од 95℃ на 55℃) и зголемување на ефикасноста на реакцијата;
Високопрецизна контрола на температурата: Отстапување од ±0,5℃ во температурата на жарење може да доведе до неспецифично засилување и треба да се контролира во рамките на ±0,1℃.
Униформност на температурата: Кога повеќе примероци реагираат истовремено, температурната разлика помеѓу бунарите за примероци треба да биде ≤0,5℃ за да се избегне отстапување на резултатот.
Адаптација на минијатуризација: Преносната PCR (како што се тестирање на POCT сценарија на лице место) треба да биде компактна по големина и без механички делови што се абеат.
II. Основни примени на термоелектричното ладење во PCR
Термоелектричниот ладилник TEC, термоелектричниот модул за ладење, Пелтиеовиот модул постигнува „двонасочно префрлување на греењето и ладењето“ преку еднонасочна струја, совршено одговарајќи на барањата за контрола на температурата на PCR. Неговите специфични примени се одразуваат во следните аспекти:
1. Брз пораст и пад на температурата: Скратување на времето на реакција
Принцип: Со промена на насоката на струјата, TEC модулот, термоелектричниот модул, Пелтие уредот може брзо да се префрла помеѓу режимите на „греење“ (кога струјата е во насока нанапред, крајот што апсорбира топлина на TEC модулот, Пелтие модулот станува крај што ослободува топлина) и „ладење“ (кога струјата е во насока наназад, крајот што ослободува топлина станува крај што апсорбира топлина), со време на одзив обично помало од 1 секунда.
Предности: Традиционалните методи на ладење (како што се вентилаторите и компресорите) се потпираат на спроводливост на топлина или механичко движење, а стапките на загревање и ладење обично се помали од 2℃/s. Кога TEC се комбинира со метални блокови со висока топлинска спроводливост (како што се легури на бакар и алуминиум), може да се постигне стапка на загревање и ладење од 5-10℃/s, намалувајќи го времето на еден PCR циклус од 30 минути на помалку од 10 минути (како кај брзите PCR инструменти).
2. Високопрецизна контрола на температурата: Обезбедување на специфичност на засилување
Принцип: Излезната моќност (интензитет на греење/ладење) на TEC модулот, термоелектричниот модул за ладење, термоелектричниот модул е линеарно корелирана со интензитетот на струјата. Во комбинација со високопрецизни температурни сензори (како што се платински отпорник, термопар) и PID систем за контрола со повратна информација, струјата може да се прилагоди во реално време за да се постигне прецизна контрола на температурата.
Предности: Точноста на контролата на температурата може да достигне ±0,1℃, што е многу повисоко од онаа на традиционалното ладење со течна бања или компресор (±0,5℃). На пример, ако целната температура за време на фазата на жарење е 58℃, TEC модулот, термоелектричниот модул, Пелтие ладилникот, Пелтие елементот можат стабилно да ја одржуваат оваа температура, избегнувајќи неспецифично врзување на прајмерите поради температурни флуктуации и значително зголемувајќи ја специфичноста на засилувањето.
3. Минијатуризиран дизајн: Промовирање на развојот на пренослива PCR
Принцип: Волуменот на TEC модулот, Пелтиевиот елемент, Пелтиевиот уред е само неколку квадратни сантиметри (на пример, TEC модул од 10×10 mm, термоелектричен модул за ладење, Пелтиевиот модул може да ги задоволи барањата на еден примерок), нема механички подвижни делови (како што се клипот на компресорот или лопатките на вентилаторот) и не бара фреон.
Предности: Кога традиционалните PCR инструменти се потпираат на компресори за ладење, нивниот волумен е обично над 50L. Сепак, преносните PCR инструменти што користат термоелектричен модул за ладење, термоелектричен модул, Пелтие модул, TEC модул можат да се намалат на помалку од 5L (како што се рачните уреди), што ги прави погодни за теренско тестирање (како што е скрининг на лице место за време на епидемии), клиничко тестирање покрај креветот на болниот и други сценарија.
4. Униформност на температурата: Обезбедете конзистентност меѓу различните примероци
Принцип: Со распоредување на повеќе сета TEC низи (како што се 96 микро TEC што одговараат на плоча од 96 бунари) или во комбинација со метални блокови за споделување на топлината (материјали со висока топлинска спроводливост), температурните отстапувања предизвикани од индивидуалните разлики во TEC може да се компензираат.
Предности: Температурната разлика помеѓу бунарите за примероци може да се контролира во рамките на ±0,3℃, избегнувајќи разлики во ефикасноста на засилување предизвикани од неконзистентни температури помеѓу рабните бунари и централните бунари, и обезбедувајќи споредливост на резултатите од примероците (како што е конзистентноста на CT вредностите во квантитативната PCR со флуоресценција во реално време).
5. Сигурност и одржливост: Намалување на долгорочните трошоци
Принцип: TEC нема делови што се трошат, има животен век од над 100.000 часа и не бара редовна замена на фреон (како што е фреонот во компресорите).
Предности: Просечниот животен век на PCR инструментот ладен со традиционален компресор е приближно од 5 до 8 години, додека TEC системот може да го продолжи на повеќе од 10 години. Покрај тоа, одржувањето бара само чистење на ладилникот, со што значително се намалуваат трошоците за работа и одржување на опремата.
III. Предизвици и оптимизации во апликациите
Ладењето со полупроводници не е совршено во PCR и бара насочена оптимизација:
Тесно грло за дисипација на топлина: Кога TEC се лади, голема количина на топлина се акумулира на крајот од ослободувањето на топлина (на пример, кога температурата паѓа од 95℃ на 55℃, температурната разлика достигнува 40℃, а моќноста на ослободување на топлина значително се зголемува). Потребно е да се поврзе со ефикасен систем за дисипација на топлина (како што се бакарни ладилници + турбински вентилатори или модули за ладење со течност), во спротивно тоа ќе доведе до намалување на ефикасноста на ладењето (па дури и до оштетување од прегревање).
Контрола на потрошувачката на енергија: При големи температурни разлики, потрошувачката на енергија на TEC е релативно висока (на пример, TEC моќноста на PCR инструмент со 96 бунари може да достигне 100-200W), и потребно е да се намали неефикасната потрошувачка на енергија преку интелигентни алгоритми (како што е предвидлива контрола на температурата).
IV. Практични случаи на примена
Во моментов, вообичаените PCR инструменти (особено квантитативните PCR инструменти со флуоресценција во реално време) генерално ја користат технологијата за ладење со полупроводници, на пример:
Опрема за лабораториски квалитет: 96-бунарски квантитативен PCR инструмент за флуоресценција од одредена марка, со TEC контрола на температурата, со брзина на загревање и ладење до 6℃/s, точност на контрола на температурата од ±0,05℃ и поддршка за детекција со висок проток од 384 бунари.
Преносен уред: Одреден рачен PCR инструмент (со тежина помала од 1 кг), базиран на TEC дизајн, може да го заврши откривањето на новиот коронавирус во рок од 30 минути и е погоден за сценарија на лице место, како што се аеродроми и заедници.
Резиме
Термоелектричното ладење, со своите три основни предности: брза реакција, висока прецизност и минијатуризација, ги реши клучните болни точки на PCR технологијата во однос на ефикасноста, специфичноста и прилагодливоста на сцената, станувајќи стандардна технологија за модерните PCR инструменти (особено брзите и преносни уреди) и промовирајќи ја PCR од лабораторијата во пошироки области на примена како што се клиничко откривање покрај креветот на пациентот и откривање на лице место.
TES1-15809T200 за PCR машина
Температура на топлата страна: 30 C,
Имекс: 9.2A,
Умакс: 18.6V
Qmax: 99,5 W
Делта Т макс: 67 C
ACR: 1,7 ± 15% Ω (1,53 до 1,87 Ом)
Големина: 77×16,8×2,8 мм
Време на објавување: 13 август 2025 година
