聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)設(shè)備和用于該設(shè)備的溫控裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及生物醫(yī)療器械，具體提供一種聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)設(shè)備和用于該設(shè)備的溫控裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)是一種在體外實(shí)現(xiàn)DNA復(fù)制過程的核酸快速擴(kuò)增技術(shù)，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域。PCR是一個(gè)在熱循環(huán)條件下的酶催化過程，通過高溫變性、低溫退火和適溫延伸的循環(huán)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)DNA片段快速擴(kuò)增，所以快速且精確的溫度循環(huán)控制裝置是PCR儀的核心部件。普通的PCR儀通常采用單一的半導(dǎo)體制冷片，既用來制熱又用來制冷。在現(xiàn)有半導(dǎo)體制冷片作為單一溫控元件使用的過程中，存在著以下問題:
[1]在控制電路中需要頻繁換向，控制電路較復(fù)雜，同時(shí)也影響半導(dǎo)體制冷片的使用壽命；
[2]半導(dǎo)體制冷片換向過程中，有延遲效應(yīng)，影響溫控效率；(3)常常存在制熱和制冷功率不相匹配，造成溫控過程中升降溫速率不等的問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型旨在解決上述將單一半導(dǎo)體制冷片同時(shí)作為制冷元件和制熱元件導(dǎo)致的問題。為此目的，本實(shí)用新型提供一種用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)設(shè)備的溫控裝置，其特征在于包括:金屬基板，其設(shè)置在所述聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)設(shè)備的反應(yīng)器下方并且與所述反應(yīng)器以熱傳導(dǎo)方式接觸，用于加熱所述反應(yīng)器；半導(dǎo)體制冷片，其設(shè)置在所述金屬基板的下方并且與所述金屬基板以熱傳導(dǎo)方式接觸，用于冷卻所述反應(yīng)器；以及控制電路，其與所述金屬基板和所述半導(dǎo)體制冷片連通，用于控制所述金屬基板和所述半導(dǎo)體制冷片的運(yùn)行。
[0004]在上述溫控裝置的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述半導(dǎo)體制冷片通過熱硅膠粘接到所述金屬基板的底面上。
[0005]在上述溫控裝置的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫控裝置還包括預(yù)設(shè)在所述反應(yīng)器內(nèi)或集成在所述金屬基板上的溫度傳感器，所述溫度傳感器與所述控制電路連通，用于將采集到的溫度值發(fā)送給所述控制電路，以便使所述控制電路能夠根據(jù)采集到的溫度值對(duì)所述金屬基板和所述半導(dǎo)體制冷片的功率進(jìn)行閉環(huán)控制。
[0006]在上述溫控裝置的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫控裝置還包括設(shè)置在所述半導(dǎo)體制冷片下方的散熱片。
[0007]在上述溫控裝置的優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫控裝置還包括設(shè)置在所述散熱片下方的風(fēng)扇。
[0008]在上述溫控裝置的更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述金屬基板是鋁基板。
[0009]在上述溫控裝置的更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述鋁基板的與所述反應(yīng)器接觸的一側(cè)設(shè)置有銅箔線，作為加熱電阻。
[0010]在上述溫控裝置的更優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述反應(yīng)器是微流體的芯片或用于放置試管的反應(yīng)槽或孔板。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)設(shè)備，該設(shè)備的特征在于包括前述任一種溫控裝置。
[0012]本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，在采用具有上述結(jié)構(gòu)的PCR溫控裝置的前提下，本實(shí)用新型能夠使PCR設(shè)備的制熱和制冷功能分離，使控制電路簡(jiǎn)單、可靠，提高溫控速率，使加熱均勻，同時(shí)還避免了頻繁換向?qū)Π雽?dǎo)體制冷片的壽命影響。此外，鋁基加熱板設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、靈活、參數(shù)可調(diào)，通過鋁基板上走線密度等參數(shù)的調(diào)整，還可方便地設(shè)計(jì)成對(duì)反應(yīng)器局部位置進(jìn)行加熱控制或功率調(diào)整。再者，鋁基板上還可集成溫度傳感器，使得溫度傳感器的放置和布線連接更加方便可靠。
【附圖說明】
[0013]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的PCR溫控裝置的側(cè)視結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖2是圖1中的PCR溫控裝置的鋁基板的俯視放大圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方式來描述本實(shí)用新型的技術(shù)方案。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本實(shí)用新型的技術(shù)方案顯然不限于所述實(shí)施方式中的各種細(xì)節(jié)。在不偏離本實(shí)用新型的原理一即PCR加熱和制冷元件獨(dú)立設(shè)置的前提下，可以對(duì)所述實(shí)施方式作出各種改變，這些改變不需要付出任何創(chuàng)造性勞動(dòng)，因此改變后的技術(shù)方案也將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0016]具體來說，如圖1所示，本實(shí)用新型的用于PCR設(shè)備的溫控裝置包括控制電路1、溫度傳感器3、鋁基板4、半導(dǎo)體制冷片5、散熱片6和風(fēng)扇7。鋁基板4設(shè)置在PCR設(shè)備的反應(yīng)器2的下方并且與反應(yīng)器2以熱傳導(dǎo)方式接觸，用于加熱反應(yīng)器2。反應(yīng)器2可以是微流體的芯片或者是放置試管的反應(yīng)槽/孔板。實(shí)際反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)器2上方還需有相應(yīng)的夾具或熱蓋。
[0017]半導(dǎo)體制冷片5設(shè)置在鋁基板4的下方并且與鋁基板4以熱傳導(dǎo)方式接觸，用于冷卻反應(yīng)器2。鋁基板4和半導(dǎo)體制冷片5之間用導(dǎo)熱硅膠進(jìn)行粘接。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，當(dāng)半導(dǎo)體制冷片5對(duì)反應(yīng)器2進(jìn)行冷卻時(shí)，鋁基板4作為中間溫度傳導(dǎo)介質(zhì)。半導(dǎo)體制冷片5可以是一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體制冷片串聯(lián)或并聯(lián)而成。
[0018]溫度傳感器3預(yù)埋在反應(yīng)器2內(nèi)或集成在鋁基板4上。控制電路I與溫度傳感器3、鋁基板4和半導(dǎo)體制冷片5連通，用于根據(jù)從溫度傳感器3接收到的溫度值對(duì)鋁基板4和半導(dǎo)體制冷片5的功率進(jìn)行閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。散熱片6設(shè)置在半導(dǎo)體制冷片5的下方。風(fēng)扇7設(shè)置在散熱片6的下方。
[0019]接下來參閱圖2，該圖示出了圖1中的PCR溫控裝置的鋁基板的俯視放大圖。如圖所示，鋁基板4的與反應(yīng)器2接觸的一側(cè)設(shè)置有銅箔線8，作為加熱電阻。附圖標(biāo)記9表示銅箔線8的接頭。作為制熱元件，鋁基板4也可以是銅基板或其他導(dǎo)熱好的其他基質(zhì)板，其上印制的加熱銅箔線可為蛇形或其他形狀。
[0020]鋁基板4的制熱功率可根據(jù)銅箔線8的功率值計(jì)算，計(jì)算過程如下:電阻值計(jì)算公式為R= PL/(dh)(l)，其中P為電導(dǎo)率，L為線長，d為線寬，h為銅箔厚度。靶元面積:S?L*kd(2)，k為線寬與線隙之和與線寬的比值。通過⑵和(1)，得R= pS/khd2(3)，功率計(jì)算為P = I2Ro
[0021]綜上所述，本實(shí)用新型中所涉及的制熱元件主要指印制有電阻層的鋁PCB板，也可以是銅基板或其他具有良好導(dǎo)熱性能的基質(zhì)材料。在設(shè)計(jì)過程中，鋁基板通過導(dǎo)熱硅膠與半導(dǎo)體制冷片緊密貼合，兩者結(jié)合達(dá)到制熱和制冷的雙重獨(dú)立功能。鋁基板上層設(shè)計(jì)的加熱電阻層是大面積的銅箔線，銅箔線的線寬、線厚和總長度參數(shù)決定其制熱功率，設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際功率需求來調(diào)整上述參數(shù)。通過均勻布線，可保證其加熱場(chǎng)的均勻性。鋁基板的厚度可設(shè)計(jì)為1_，甚至更薄，減小熱容，這樣能保證在半導(dǎo)體制冷片的制冷過程中快速散熱。
[0022]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實(shí)施方式描述了本實(shí)用新型的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍顯然不局限于這些【具體實(shí)施方式】。在不偏離本實(shí)用新型的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)設(shè)備的溫控裝置，其特征在于包括: 金屬基板，其設(shè)置在所述聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)設(shè)備的反應(yīng)器下方并且與所述反應(yīng)器以熱傳導(dǎo)方式接觸，用于加熱所述反應(yīng)器； 半導(dǎo)體制冷片，其設(shè)置在所述金屬基板的下方并且與所述金屬基板以熱傳導(dǎo)方式接觸，用于冷卻所述反應(yīng)器；以及 控制電路，其與所述金屬基板和所述半導(dǎo)體制冷片連通，用于控制所述金屬基板和所述半導(dǎo)體制冷片的運(yùn)行。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的溫控裝置，其特征在于，所述半導(dǎo)體制冷片通過熱硅膠粘接到所述金屬基板的底面上。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的溫控裝置，其特征在于還包括預(yù)設(shè)在所述反應(yīng)器內(nèi)或集成在所述金屬基板上的溫度傳感器，所述溫度傳感器與所述控制電路連通，用于將采集到的溫度值發(fā)送給所述控制電路，以便使所述控制電路能夠根據(jù)采集到的溫度值對(duì)所述金屬基板和所述半導(dǎo)體制冷片的功率進(jìn)行閉環(huán)控制。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的溫控裝置，其特征在于還包括設(shè)置在所述半導(dǎo)體制冷片下方的散熱片。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的溫控裝置，其特征在于還包括設(shè)置在所述散熱片下方的風(fēng)Ho6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的溫控裝置，其特征在于，所述金屬基板是鋁基板。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溫控裝置，其特征在于，所述鋁基板的與所述反應(yīng)器接觸的一側(cè)設(shè)置有銅箔線，作為加熱電阻。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的溫控裝置，其特征在于，所述反應(yīng)器是微流體的芯片或用于放置試管的反應(yīng)槽或孔板。9.一種聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)設(shè)備，其特征在于包括根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的溫控裝置。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及生物醫(yī)療器械，具體提供一種聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(PCR)設(shè)備和用于該設(shè)備的溫控裝置，旨在解決現(xiàn)有設(shè)備采用單一溫控元件所導(dǎo)致的各種問題。為此目的，本實(shí)用新型的溫控裝置包括：金屬基板，其設(shè)置在聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)設(shè)備的反應(yīng)器下方并且與反應(yīng)器以熱傳導(dǎo)方式接觸，用于加熱反應(yīng)器；半導(dǎo)體制冷片，其設(shè)置在金屬基板的下方并且與金屬基板以熱傳導(dǎo)方式接觸，用于冷卻反應(yīng)器；以及控制電路，其與金屬基板和半導(dǎo)體制冷片都連通，用于控制金屬基板和半導(dǎo)體制冷片的運(yùn)行。由于使PCR設(shè)備的制熱和制冷功能分離，本實(shí)用新型能夠使控制電路變得簡(jiǎn)單、可靠，提高溫控速率，使加熱均勻，同時(shí)還避免了頻繁換向?qū)Π雽?dǎo)體制冷片的壽命影響。
【IPC分類】C12M1/38
【公開號(hào)】CN204803316
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520444157
【發(fā)明人】馮政德, 施建春, 李運(yùn)濤, 周曉光, 王旦慶
【申請(qǐng)人】融智生物科技（青島）有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年6月25日