專利名稱：顯微觀察時(shí)維持樣品溫度恒定的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于分析測試儀器領(lǐng)域，尤其涉及一種顯微觀察時(shí)維持樣品溫度恒定的裝置，具體地說，本實(shí)用新型對采用柔性絕緣材料包覆的電熱絲進(jìn)行加熱，通過調(diào)節(jié)加熱電熱絲的功率來維持樣品皿中樣品的溫度恒定。
背景技術(shù)：
在化學(xué)化工生產(chǎn)和科研過程中，經(jīng)常需要通過顯微鏡實(shí)時(shí)、在線地觀察樣品不同溫度時(shí)的微觀光學(xué)形貌。傳統(tǒng)的水浴、電熱套、恒溫箱等雖然可以控制樣品的溫度恒定，但無法實(shí)現(xiàn)通過顯微鏡實(shí)時(shí)、在線地觀察樣品。目前市場上有INSTEC公司生產(chǎn)的專用于顯微鏡的變溫裝置，可實(shí)現(xiàn)溫度在-78 V _250°C的連續(xù)變化，但其操作復(fù)雜，設(shè)備昂貴，一般實(shí)驗(yàn)室承受不起。另外，此變溫裝置鑒于其自身的設(shè)計(jì)，有一個(gè)最大的不足:顯微鏡只可以用長工作距離物鏡觀察，物鏡倍數(shù)越高，工作距離越短，對于100倍的物鏡，即使是長工作距離物鏡也無法利用此變溫裝置找到樣品。因此，極大限制了此變溫裝置的廣泛使用。市面上Tokai Hit公司生產(chǎn)了一種CO2孵育裝置，用來將生物樣品如細(xì)胞等維持在37°C，CO2含量保持在5%，濕度90%。這種裝置非常適合做生物樣品，但價(jià)格也很昂貴，操作復(fù)雜，還需要CO2鋼瓶，占地面積大。最重要的是此裝置需要有合適的載物臺(tái)匹配，并不適合所有的光學(xué)顯微鏡。對于化學(xué)樣品，經(jīng)常需要分析的是不同溫度時(shí)樣品的光學(xué)特征，而且對于細(xì)胞樣品來說，相對于濕度和CO2含量，溫度是最重要的，只要溫度維持在37°C，細(xì)胞的存活時(shí)間就會(huì)比在室溫25°C下大大增加。另外，國產(chǎn)的加熱裝置主要是對樣品的圓型托盤進(jìn)行加熱。這樣雖然可以實(shí)現(xiàn)直接加熱，但是由于圓形樣品托盤直接與載物臺(tái)連接，而載物臺(tái)的材質(zhì)一般都是塑料，不能承受高溫。因此，長時(shí)間使用會(huì)有損載物臺(tái)，進(jìn)而影響載物臺(tái)與樣品托盤的連接。因此，本實(shí)用新型的目的是提供一種可使用普通物鏡、對載物臺(tái)安全，并可廣泛應(yīng)用于普通光學(xué)顯微鏡的維持 樣品溫度恒定的加熱裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容為了克服上述缺陷，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種簡單的維持樣品溫度恒定的裝置，顯微觀察時(shí)，可以實(shí)時(shí)地、在線地控制溫度。本實(shí)用新型所指的樣品皿是用鋁和蓋玻片做成的圓筒狀載物皿，類似于培養(yǎng)細(xì)胞的confocal皿。本實(shí)用新型的目的是提出一種顯微觀察時(shí)維持樣品溫度恒定的裝置，所述裝置包括柔性絕緣材料2、加熱電熱絲3、測溫?zé)犭娮?、數(shù)據(jù)采集模塊5、通訊模塊6，其中，所述加熱電熱絲3包裹在所述柔性絕緣材料2內(nèi)部；所述測溫?zé)犭娮?置于所述柔性絕緣材料2的中心，用于測量所述柔性絕緣材料2的溫度，并產(chǎn)生一溫度信號；所述數(shù)據(jù)采集模塊5采集所述溫度信號并通過通訊模塊6將所述溫度信號傳輸至控制計(jì)算機(jī)。[0009]所述裝置還包括DA輸出模塊7，所述DA輸出模塊7接收所述控制計(jì)算機(jī)通過所述通訊模塊6發(fā)送過來的反饋信號，并根據(jù)所述反饋信號控制所述加熱電熱絲3的加熱速率。所述裝置還包括一連接扣8，用于連接所述裝置與樣品皿，以將所述裝置固定在樣品皿上，從而通過與樣品皿的換熱最終實(shí)現(xiàn)對樣品皿中心樣品溫度的控制。 所述連接扣8為軟連接扣。所述DA輸出模塊7通過控制所述加熱電熱絲3的功率大小來控制所述加熱電熱絲3的加熱速率。所述樣品皿中樣品的實(shí)際溫度tMal與所述測溫?zé)犭娮?測得的溫度t存在一對應(yīng)關(guān)系。所述控制計(jì)算機(jī)根據(jù)所述測溫?zé)犭娮?測得的溫度t以及預(yù)先設(shè)定的樣品需要達(dá)到的目標(biāo)溫度T生成一反饋信號，來控制所述裝置的加熱溫度。所述反饋信號為增加/減小所述加熱電熱絲3的功率的反饋信號。利用本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的裝置，可在普通顯微鏡、熒光顯微鏡、共聚焦顯微鏡及雙光子顯微鏡等儀器上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、在線地觀察樣品不同溫度的光學(xué)形貌?？墒褂闷胀ㄎ镧R、對載物臺(tái)安全。而且此裝置簡單、便宜，有助于在各實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的推廣。

圖1是本實(shí) 用新型所提出的維持樣品溫度恒定的裝置一柔性恒溫器的結(jié)構(gòu)示意及工作原理圖。圖2為圖1所示的柔性恒溫器與樣品皿的連接示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)用新型提供一種維持樣品溫度恒定的裝置，尤其是一種顯微觀察時(shí)維持樣品溫度恒定的裝置，圖1是所述維持樣品溫度恒定的裝置-柔性恒溫器的結(jié)構(gòu)示意及工作原理圖，圖中:1為整個(gè)柔性恒溫器，2為柔性絕緣材料，3為加熱電熱絲，4為測溫?zé)犭娮瑁?為數(shù)據(jù)采集模塊，6為通訊模塊，7為DA輸出模塊，8為連接扣。圖中所示的柔性恒溫器I主要由柔性絕緣材料2、加熱電熱絲3、測溫?zé)犭娮?、數(shù)據(jù)采集模塊5、通訊模塊6、DA輸出模塊7和連接扣8組成。柔性絕緣材料2內(nèi)部包裹加熱電熱絲3用來加熱樣品皿，在柔性絕緣材料中心裝有測溫?zé)犭娮?以測量柔性絕緣材料的溫度，即柔性恒溫器的溫度，并產(chǎn)生一溫度信號，數(shù)據(jù)采集模塊5采集所述溫度信號并通過通訊模塊6傳輸至控制計(jì)算機(jī)；DA輸出模塊7接收控制計(jì)算機(jī)通過通訊模塊6發(fā)送過來的反饋信號，并根據(jù)所述反饋信號控制所述加熱電熱絲3的加熱速率。連接扣8的作用是用來扣緊柔性恒溫器和樣品皿，以將柔性恒溫器固定在樣品皿上。實(shí)際上，樣品皿中樣品的實(shí)際溫度tMal和柔性恒溫器熱電阻測得的溫度是有差別的，樣品實(shí)際溫度tMal可通過溫度計(jì)直接測量，而我們能控制的是柔性恒溫器的溫度tta 。在一定的溫度范圍內(nèi)，確定柔性恒溫器溫度也就是熱電阻測得的溫度ttas#與樣品實(shí)際溫度tMal的對應(yīng)關(guān)系，擬合成一函數(shù)。這樣，當(dāng)樣品要達(dá)到某一個(gè)溫度t,eal時(shí)，根據(jù)上述函數(shù)就能夠確定柔性恒溫器所需要達(dá)到的溫度控制計(jì)算機(jī)按照基于傳熱學(xué)設(shè)計(jì)的程序，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的實(shí)際樣品需要達(dá)到的溫度來控制柔性恒溫器所需的加熱溫度，并給出一反饋信號，該反饋信號經(jīng)通訊模塊6傳輸至DA輸出模塊7，利用DA輸出模塊7控制加熱電熱絲的功率大小從而控制加熱電熱絲3的加熱速率。上述功能通過計(jì)算機(jī)控制的加熱程序?qū)崿F(xiàn)，具體過程如下:要使樣品達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求的目標(biāo)溫度T，需要知道目標(biāo)溫度T與樣品當(dāng)時(shí)的實(shí)際溫度tMal的差值來決定柔性恒溫器的加熱程序。在環(huán)境溫度、樣品目標(biāo)溫度T一定的情況下，通過柔性恒溫器的熱電阻測量溫度與樣品實(shí)際溫度tMal有一一對應(yīng)關(guān)系，可擬合成函數(shù)。在樣品的實(shí)際溫度tMal低于希望達(dá)到的目標(biāo)溫度T的情況下，當(dāng)目標(biāo)溫度T與通過柔性恒溫器的熱電阻測量溫度
對應(yīng)的樣品實(shí)際溫度tMal的差值大于一定的At時(shí)，計(jì)算程序給出反饋信號，通過控制柔性恒溫器加熱電熱絲3的功率，持續(xù)加熱；當(dāng)實(shí)際溫度tMal升高至與目標(biāo)溫度T的差值小于等于一定的At時(shí)，計(jì)算機(jī)發(fā)出減小加熱電熱絲3的功率的反饋信號，通過控制柔性恒溫器加熱電熱絲3的功率值，來降低加熱速率，使加熱電熱絲3緩慢加熱至樣品需要的目標(biāo)溫度T ;當(dāng)樣品實(shí)際溫度tMal高于樣品希望達(dá)到的目標(biāo)溫度T情況下，且差值小于一定的At'時(shí)，控制計(jì)算機(jī)發(fā)出減小加熱電熱絲3的功率的反饋信號，以降低加熱速率，使加熱電熱絲3緩慢加熱，直至目標(biāo)溫度T與所述實(shí)際溫度tMal的差值大于等于一定的At'時(shí)，停止加熱。通過這種方法，能夠控制樣品溫度來達(dá)到用戶所需求的目標(biāo)溫度T。在實(shí)際使用中，所述柔性恒溫器環(huán)繞在樣品皿周圍，優(yōu)選地，柔性恒溫器通過軟連接扣8連接樣品皿，以方便包裹樣品皿。圖2給出了柔性恒溫器與樣品皿的連接關(guān)系，圖中，9為樣品皿。環(huán)繞在樣品皿9周圍的柔性恒溫器通過與樣品皿9進(jìn)彳丁換熱，以最終實(shí)現(xiàn)對樣品皿9中心樣品溫度的控制。通過本實(shí)用新型提供的上述裝置，能夠方便的控制樣品的溫度直至達(dá)到用戶所需求的目標(biāo) 溫度T。本實(shí)用新型所提出的維持樣品溫度恒定的裝置可實(shí)現(xiàn)樣品在25 100°C溫度范圍內(nèi)任一溫度上維持溫度恒定。以上所述的具體實(shí)施例，對本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種顯微觀察時(shí)維持樣品溫度恒定的裝置，其特征在于，所述裝置包括柔性絕緣材料(2)、加熱電熱絲(3)、測溫?zé)犭娮?4)、數(shù)據(jù)采集模塊(5)、通訊模塊(6)，其中， 所述加熱電熱絲(3)包裹在所述柔性絕緣材料(2)內(nèi)部； 所述測溫?zé)犭娮?4)置于所述柔性絕緣材料(2)的中心，用于測量所述柔性絕緣材料(2)的溫度,并產(chǎn)生一溫度信號； 所述數(shù)據(jù)采集模塊(5)采集所述溫度信號并通過通訊模塊(6)將所述溫度信號傳輸至控制計(jì)算機(jī)電熱絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括DA輸出模塊(7)，所述DA輸出模塊(7)接收所述控制計(jì)算機(jī)通過所述通訊模塊(6)發(fā)送過來的反饋信號，并根據(jù)所述反饋信號控制所述加熱電熱絲(3)的加熱速率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置還包括一連接扣(8)，用于連接所述裝置與樣品皿，以將所述裝置固定在樣品皿上，從而通過與樣品皿的換熱最終實(shí)現(xiàn)對樣品皿中心樣品溫度的控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述連接扣(8)為軟連接扣。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述DA輸出模塊(7)通過控制所述加熱電熱絲⑶的功率大小來控制所述加熱電熱絲⑶的加熱速率。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述樣品皿中樣品的實(shí)際溫度tMal與所述測溫?zé)犭娮?4)測得的溫度〖_^存在一對應(yīng)關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述控制計(jì)算機(jī)根據(jù)所述測溫?zé)犭娮?4)測得的溫度〖_^以及預(yù)先設(shè)定的樣品需要達(dá)到的目標(biāo)溫度T生成一反饋信號，來控制所述裝置的加熱溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或7所述的裝置，其特征在于，所述反饋信號為增加/減小所述加熱電熱絲(3)的功率的反饋信號。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種顯微觀察時(shí)維持樣品溫度恒定的裝置，該裝置包括柔性絕緣材料、加熱電熱絲、測溫?zé)犭娮?、?shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊，該裝置采用柔性絕緣材料包覆的電熱絲加熱，通過熱電阻傳感器采集柔性絕緣材料的溫度信號，溫度信號傳送給控制計(jì)算機(jī)形成負(fù)反饋，通過計(jì)算機(jī)反饋信號來控制維持樣品的溫度恒定。使用中，該裝置環(huán)繞樣品皿，通過和樣品皿換熱，來控制樣品皿中心樣品的溫度；該裝置可實(shí)現(xiàn)在25～100℃溫度范圍內(nèi)任一溫度恒定；該裝置可通過軟連接扣連接，以方便包裹樣品皿。
文檔編號G05D23/24GK203102052SQ20132004382
公開日2013年7月31日 申請日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者劉美蓉, 徐媛 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所