本發(fā)明屬于溫差電應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種分段式微流控芯片控溫裝置。
背景技術(shù):
隨著微流控技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟,越來(lái)越多的各種生物和化學(xué)實(shí)驗(yàn)例如數(shù)字PCR、細(xì)胞培養(yǎng)、材料合成、藥物篩選等都將在一個(gè)小小的微流控芯片中實(shí)現(xiàn)。通常這些實(shí)驗(yàn)都需要在一定的溫度下才能順利的發(fā)生反應(yīng),這個(gè)溫度范圍一般在-40-100℃。
目前,上述在微流控芯片中的實(shí)驗(yàn)大多都是通過(guò)使用高低溫箱或者溫度循環(huán)試驗(yàn)箱進(jìn)行控溫來(lái)進(jìn)行試驗(yàn),這些設(shè)備不僅控溫精度較低,工作溫度范圍也較小,并且體積和功耗都很大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題,提供了一種溫度控制裝置,本裝置具有控溫精度高、工作溫度范圍大、散熱效果好、能耗小的特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種分段式微流控芯片控溫裝置,其特征在于:包括控溫平臺(tái)、智能溫度調(diào)節(jié)器、和恒溫循環(huán)裝置,所述控溫平臺(tái)由外向內(nèi)由外殼、冷板和熱板、冷面向上的半導(dǎo)體制冷片、加熱器、散熱器、金屬導(dǎo)管構(gòu)成,冷熱板中有溫度測(cè)量器。智能溫度調(diào)節(jié)器與加熱器和溫差電致冷組件相連;恒溫循環(huán)器上的進(jìn)口連接控溫平臺(tái)中水套的出水口,恒溫循環(huán)器上的出水口連接控溫平臺(tái)中水套的進(jìn)水口。
進(jìn)一步地,所述控溫平臺(tái)固定在使用3D打印出來(lái)的外殼之中,控溫平臺(tái)的冷板和熱板為臺(tái)階型銅質(zhì)結(jié)構(gòu),冷板和熱板的凸臺(tái)部位鑲嵌在外殼上部的方孔內(nèi),凸臺(tái)上表面與外殼表面在一個(gè)平面上;冷、熱板與溫差電致冷組件使用導(dǎo)熱硅膠粘接,冷板和熱板側(cè)面有一孔,孔的軸線(xiàn)與冷板上表面平行,所述溫度測(cè)量器為置于冷板和熱板側(cè)面孔內(nèi)的PT100鉑電極;溫差電致冷組件由一個(gè)高性能的微型半導(dǎo)體制冷器(Ferrotec 9503/035/025 M)構(gòu)成,溫差電致冷組件的冷面、熱面均涂抹有導(dǎo)熱硅脂;所述的加熱器組件由陶瓷加熱器構(gòu)成,加熱器使用導(dǎo)熱硅膠與熱板連接在一起;散熱器為銅質(zhì)的階梯狀部件,內(nèi)部有U型凹槽用來(lái)安裝冷卻液管道,外殼側(cè)面對(duì)應(yīng)部位有水套進(jìn)水口和水套出水口,所述恒溫循環(huán)器為置于箱體外的HX-1050型恒溫循環(huán)器。
進(jìn)一步地,所述制冷片和加熱片為微型半導(dǎo)體制冷片和微型陶瓷加熱片。
進(jìn)一步地,所述外殼為3D打印而成可以根據(jù)需要改變冷板和熱板的大小和數(shù)量。
進(jìn)一步地,所述控溫平臺(tái)是由多個(gè)獨(dú)立的冷板和熱板組成,每個(gè)冷板和熱板溫度獨(dú)立控制互不影響。
優(yōu)選地,所述導(dǎo)管為紫銅導(dǎo)管。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
1、采用進(jìn)口的高性能的微型半導(dǎo)體制冷器(Ferrotec 9503/035/025 M),確保本裝置具有足夠的致冷深度和致冷速度;制冷制熱段分為七個(gè)區(qū)段,制冷區(qū)段都由一個(gè)獨(dú)立控制的半導(dǎo)體制冷片來(lái)調(diào)控溫度,制熱區(qū)由一個(gè)獨(dú)立的加熱器來(lái)調(diào)控溫度,不同區(qū)段的溫度可以獨(dú)立的控制;通過(guò)Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)溫控,溫控范圍和精度達(dá)到-40℃-100℃(±0.2℃),使用的微型制冷片和炙熱片滿(mǎn)足微流控芯片體積小的特點(diǎn),可以大量減少了試驗(yàn)?zāi)芎?,降低了使用成本,整個(gè)測(cè)溫區(qū)溫度場(chǎng)分布均勻、穩(wěn)定。
2、采用具有自動(dòng)PID控制功能的外置式HX-1050型恒溫循環(huán)器,由循環(huán)液體將溫差電致冷組件熱面產(chǎn)生的廢熱帶走,通過(guò)自動(dòng)PID控制,使循環(huán)液體的溫度范圍保持在-10℃-50℃,滿(mǎn)足本裝置的散熱要求。
3、采用Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器,實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互使用,并與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊,保證控溫準(zhǔn)確可靠。
4、本裝置適用于在微流控芯片中控溫實(shí)現(xiàn)微流控芯片中的生物PCR、液滴和膠囊凝固融化、晶體相變、材料合成等實(shí)驗(yàn)。
附圖說(shuō)明
圖1為控溫裝置外形示意圖;
圖2為圖1中控溫裝置主視示意圖;
圖3為圖2中A-A剖視示意圖;
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述,以下實(shí)施實(shí)例只是描述性的,不是限定性的,不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖3:從左到右依次由智能溫度調(diào)節(jié)器1,控溫平臺(tái),和恒溫循環(huán)裝置12構(gòu)成分段式微流控芯片控溫裝置,所述智能溫度調(diào)節(jié)器上有與計(jì)算機(jī)外接使用的com接口4,與溫度測(cè)量器22連接的模塊2,與加熱片和制冷片21連接的模塊3,所述控溫平臺(tái)由外向內(nèi)由外殼8、冷板10和熱板7、9、11,冷面向上的半導(dǎo)體制冷片21和加熱片、散熱器16、金屬導(dǎo)管17、18構(gòu)成,冷熱板中有溫度測(cè)量器22。智能溫度調(diào)節(jié)器與加熱器和溫差電致冷組件之間使用銅導(dǎo)線(xiàn)5相連,智能溫度調(diào)節(jié)器與溫度測(cè)量器之間使用銅導(dǎo)線(xiàn)6相連;恒溫循環(huán)器12上的進(jìn)口14使用橡膠管13與控溫平臺(tái)中銅管的出水口18相連,恒溫循環(huán)器上的出水口15連接控溫平臺(tái)中銅管的進(jìn)水口17。
控溫平臺(tái)固定在使用3D打印出來(lái)的外殼之中,控溫平臺(tái)的冷板和熱板為臺(tái)階型銅質(zhì)結(jié)構(gòu),冷板和熱板的凸臺(tái)部位鑲嵌在外殼上部的方孔內(nèi),凸臺(tái)上表面與外殼表面在一個(gè)平面上;冷板與溫差電致冷組件使用導(dǎo)熱硅膠粘接,冷板和熱板側(cè)面有一孔,孔的軸線(xiàn)與冷板上表面平行,所述溫度測(cè)量器為置于冷板和熱板側(cè)面孔內(nèi)的PT100鉑電極;溫差電致冷組件由一個(gè)高性能的微型半導(dǎo)體制冷器(Ferrotec 9503/035/025 M)構(gòu)成,差電致冷組件的冷面、熱面均涂抹有導(dǎo)熱硅脂;散熱器為銅質(zhì)的階梯狀部件,內(nèi)部有U型凹槽用來(lái)安裝冷卻液管道,外殼側(cè)面對(duì)應(yīng)部位有水套進(jìn)水口和水套出水口,所述恒溫循環(huán)器為置于箱體外的HX-1050型恒溫循環(huán)器。
Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器通過(guò)RS232COM實(shí)現(xiàn)Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器與上位機(jī)的連接,完成實(shí)時(shí)通訊和數(shù)據(jù)傳輸功能;Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器與制冷片和加熱器直接相連,當(dāng)電源開(kāi)啟,Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器能夠保證Ferrotec 9503/035/025 M溫差電致冷組件和加熱器正常直流供電,確保致冷器的致冷需求和加熱器的加熱需求;Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器與PT100鉑電阻端子相連接,通過(guò)PT100鉑電阻為T(mén)empco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器提供電阻輸入?yún)?shù),實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
溫度控制
當(dāng)Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器接通電源,Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器接受來(lái)自PT100鉑電阻的溫度反饋信息,通過(guò)程序控制Ferrotec 9503/035/025 M溫差電致冷組件和陶瓷加熱器的啟動(dòng)和停止工作狀態(tài),實(shí)現(xiàn)溫度控制器的控溫要求,滿(mǎn)足-40℃-100℃,控溫精度±0.2℃的要求。Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器保證裝置升、降溫速率的要求,設(shè)置速率超過(guò)系統(tǒng)最大參數(shù)時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)延時(shí)按照最大速率參數(shù)升降溫。也可以根據(jù)需要采用分段程序設(shè)置控溫方式,實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)、實(shí)施程序控制和實(shí)時(shí)人機(jī)操作,信息互通,保證控溫準(zhǔn)確可靠。Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器具備PID自整定功能,可實(shí)現(xiàn)任意斜率的升、降溫控制,具有循環(huán)跳轉(zhuǎn)、運(yùn)行、暫停等可編程操作命令,允許在程序運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí)修改程序。HX-1050型恒溫循環(huán)器作為外置式液冷循環(huán)散熱裝置,以循環(huán)液體為載體,確保液體穩(wěn)態(tài)勻速流動(dòng),提供液體循環(huán)散熱的動(dòng)力,將Ferrotec 9503/035/025 M溫差電致冷組件熱面產(chǎn)生的廢熱帶走,循環(huán)液體溫控范圍保持在-10℃-50℃,完全滿(mǎn)足高低溫試驗(yàn)裝置散熱需求。
本裝置的工作原理:利用溫差電致冷組件在局部產(chǎn)生足夠大的致冷量,實(shí)現(xiàn)足夠大的致冷深度和足夠快的致冷速度,使用陶瓷加熱片對(duì)熱板進(jìn)行加熱,實(shí)現(xiàn)熱板的溫度控制,采用Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器通過(guò)收集溫度測(cè)量器的反饋參數(shù),自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上每個(gè)熱板和冷板中加熱片和制冷組件的運(yùn)行和停止,實(shí)現(xiàn)工作溫區(qū)內(nèi)的各個(gè)溫度高精度自動(dòng)溫控。
以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是,本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改,這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。