Пелтье салқындату (Пелтье эффектісіне негізделген термоэлектрлік салқындату технологиясы) жылдам реакциясы, дәл температураны бақылауы және ықшам өлшемінің арқасында ПТР (полимеразды тізбекті реакция) құралдарының температураны бақылау жүйесінің негізгі технологияларының біріне айналды, бұл ПТР тиімділігіне, дәлдігіне және қолдану сценарийлеріне терең әсер етеді. Төменде ПТР негізгі талаптарынан бастап термоэлектрлік салқындатудың (Пелтье салқындату) нақты қолданылуы мен артықшылықтарының егжей-тегжейлі талдауы берілген:
I. ПТР технологиясында температураны бақылауға қойылатын негізгі талаптар
ПТР негізгі процесі - температураны бақылау жүйесіне қойылатын өте қатаң талаптарды талап ететін денатурация (90-95℃), күйдіру (50-60℃) және созылу (72℃) қайталанатын циклі.
Температураның күрт көтерілуі және төмендеуі: бір циклдің уақытын қысқартады (мысалы, 95℃-тан 55℃-қа дейін төмендеу үшін бірнеше секунд жеткілікті) және реакция тиімділігін арттырады;
Жоғары дәлдіктегі температураны бақылау: Күйдіру температурасының ±0,5℃ ауытқуы спецификалық емес күшейтуге әкелуі мүмкін және оны ±0,1℃ шегінде бақылау керек.
Температураның біркелкілігі: Бірнеше үлгі бір уақытта әрекеттескенде, нәтижелердің ауытқуын болдырмау үшін үлгі ұңғымалары арасындағы температура айырмашылығы ≤0,5℃ болуы керек.
Миниатюризацияға бейімделу: Портативті ПТР (мысалы, жергілікті жерде тестілеу POCT сценарийлері) өлшемі бойынша ықшам және механикалық тозу бөлшектерінен бос болуы керек.
II. ПТР-да термоэлектрлік салқындатудың негізгі қолданылуы
Термоэлектрлік салқындатқыш TEC, термоэлектрлік салқындату модулі, пельтье модулі тұрақты ток арқылы «қыздыру мен салқындатуды екі бағытты ауыстыруды» жүзеге асырады, бұл ПТР температураны басқару талаптарына толық сәйкес келеді. Оның нақты қолданылуы келесі аспектілерде көрініс табады:
1. Температураның тез көтерілуі және төмендеуі: реакция уақытын қысқартады
Принцип: Ток бағытын өзгерту арқылы TEC модулі, термоэлектрлік модуль, Пельтье құрылғысы «қыздыру» (ток алға бағытталған кезде, TEC модулінің жылу сіңіретін ұшы жылу бөлетін ұшына айналады) және «салқындату» (ток кері бағытталған кезде, жылу бөлетін ұшы жылу сіңіретін ұшына айналады) режимдері арасында тез ауыса алады, жауап беру уақыты әдетте 1 секундтан аз болады.
Артықшылықтары: Дәстүрлі тоңазыту әдістері (мысалы, желдеткіштер мен компрессорлар) жылу өткізгіштікке немесе механикалық қозғалысқа негізделген, ал қыздыру және салқындату жылдамдығы әдетте 2℃/с-тан аз болады. TEC жоғары жылу өткізгіштік металл блоктарымен (мысалы, мыс және алюминий қорытпасы) біріктірілгенде, ол 5-10℃/с қыздыру және салқындату жылдамдығына қол жеткізе алады, бұл бір ПТР циклінің уақытын 30 минуттан 10 минутқа дейін қысқартады (мысалы, жылдам ПТР аспаптарында).
2. Жоғары дәлдіктегі температураны бақылау: күшейтудің ерекшелігін қамтамасыз ету
Принцип: TEC модулінің, термоэлектрлік салқындату модулінің, термоэлектрлік модульдің шығыс қуаты (қыздыру/салқындату қарқындылығы) ток күшімен сызықтық корреляцияланады. Жоғары дәлдіктегі температура сенсорларымен (мысалы, платина кедергісі, термопара) және PID кері байланыс басқару жүйесімен біріктірілгенде, температураны дәл басқару үшін токты нақты уақыт режимінде реттеуге болады.
Артықшылықтары: Температураны бақылау дәлдігі ±0,1℃ жетуі мүмкін, бұл дәстүрлі сұйық ваннадағы немесе компрессорлық тоңазытқыштағыдан (±0,5℃) әлдеқайда жоғары. Мысалы, егер күйдіру кезеңіндегі мақсатты температура 58℃ болса, TEC модулі, термоэлектрлік модуль, пельтье салқындатқышы, пельтье элементі бұл температураны тұрақты ұстап тұра алады, температураның ауытқуына байланысты праймерлердің спецификалық емес байланысын болдырмайды және күшейту спецификалықтығын айтарлықтай арттырады.
3. Миниатюралық дизайн: портативті ПТР әзірлеуді ілгерілету
Принцип: TEC модулінің, Пелтиер элементінің, Пелтиер құрылғысының көлемі небәрі бірнеше шаршы сантиметрді құрайды (мысалы, 10 × 10 мм TEC модулі, термоэлектрлік салқындату модулі, Пелтиер модулі бір үлгінің талаптарын қанағаттандыра алады), оның механикалық қозғалатын бөліктері жоқ (мысалы, компрессордың поршені немесе желдеткіш қалақшалары) және салқындатқышты қажет етпейді.
Артықшылықтары: Дәстүрлі ПТР құралдары салқындату үшін компрессорларға сүйенген кезде, олардың көлемі әдетте 50 л-ден асады. Дегенмен, термоэлектрлік салқындату модулін, термоэлектрлік модульді, пельтье модулін, TEC модулін пайдаланатын портативті ПТР құралдарын 5 л-ден аз көлемге дейін азайтуға болады (мысалы, қолмен ұсталатын құрылғылар), бұл оларды далалық сынақтарға (мысалы, эпидемия кезіндегі скрининг), клиникалық төсек жанындағы сынақтарға және басқа да сценарийлерге жарамды етеді.
4. Температураның біркелкілігі: Әртүрлі үлгілер арасындағы үйлесімділікті қамтамасыз ету
Принцип: TEC массивтерінің бірнеше жиынтығын (мысалы, 96 ұңғымалы пластинаға сәйкес келетін 96 микро TEC) орналастыру немесе жылу бөлісетін металл блоктармен (жоғары жылу өткізгіштік материалдарымен) біріктіру арқылы TEC-тердегі жеке айырмашылықтардан туындаған температура ауытқуларын өтеуге болады.
Артықшылықтары: Үлгі ұңғымалары арасындағы температура айырмашылығын ±0,3℃ шегінде басқаруға болады, бұл шеткі және орталық ұңғымалар арасындағы температураның сәйкессіздігінен туындаған күшейту тиімділігінің айырмашылықтарын болдырмайды және үлгі нәтижелерінің салыстырмалылығын қамтамасыз етеді (мысалы, нақты уақыт режиміндегі флуоресценциялық сандық ПТР-дағы КТ мәндерінің сәйкестігі).
5. Сенімділік және техникалық қызмет көрсету: Ұзақ мерзімді шығындарды азайту
Принципі: TEC тозатын бөлшектері жоқ, қызмет ету мерзімі 100 000 сағаттан асады және салқындатқыш заттарды (мысалы, компрессорлардағы фреон) үнемі ауыстыруды қажет етпейді.
Артықшылықтары: Дәстүрлі компрессормен салқындатылатын ПТР құралының орташа қызмет ету мерзімі шамамен 5-8 жылды құрайды, ал TEC жүйесі оны 10 жылдан астам уақытқа дейін ұзарта алады. Сонымен қатар, техникалық қызмет көрсету үшін тек жылу қабылдағышты тазалау қажет, бұл жабдықты пайдалану және техникалық қызмет көрсету шығындарын айтарлықтай азайтады.
III. Қолданбалардағы қиындықтар мен оңтайландырулар
Жартылай өткізгішті салқындату ПТР-да мінсіз емес және мақсатты оңтайландыруды қажет етеді:
Жылу тарату бөгеті: TEC салқындаған кезде, жылу шығару жағында көп мөлшерде жылу жиналады (мысалы, температура 95℃-тан 55℃-қа дейін төмендегенде, температура айырмашылығы 40℃-қа жетеді және жылу шығару қуаты айтарлықтай артады). Оны тиімді жылу тарату жүйесімен (мысалы, мыс жылу раковиналары + турбина желдеткіштері немесе сұйық салқындату модульдері) жұптастыру қажет, әйтпесе бұл салқындату тиімділігінің төмендеуіне (тіпті қызып кетуден болатын зақымға) әкеледі.
Энергия тұтынуын бақылау: Температураның үлкен айырмашылықтары кезінде TEC энергия тұтынуы салыстырмалы түрде жоғары (мысалы, 96 ұңғымалы ПТР құралының TEC қуаты 100-200 Вт жетуі мүмкін), және ақылды алгоритмдер (мысалы, температураны болжау сияқты) арқылы тиімсіз энергия тұтынуын азайту қажет.
IV. Практикалық қолдану жағдайлары
Қазіргі уақытта негізгі ПТР құралдары (әсіресе нақты уақыттағы флуоресценциялық сандық ПТР құралдары) жартылай өткізгішті салқындату технологиясын жалпы алғанда қабылдады, мысалы:
Зертханалық деңгейдегі жабдық: белгілі бір брендтің 96 ұңғымалы флуоресценциялық сандық ПТР құралы, TEC температурасын басқару жүйесімен жабдықталған, қыздыру және салқындату жылдамдығы 6℃/с дейін, температураны басқару дәлдігі ±0,05℃ және 384 ұңғымалы жоғары өнімділікті анықтауды қолдайды.
Портативті құрылғы: TEC дизайнына негізделген белгілі бір қолмен ұсталатын ПТР құралы (салмағы 1 кг-нан аз) жаңа коронавирусты 30 минут ішінде анықтай алады және әуежайлар мен елді мекендер сияқты жергілікті жағдайларға жарамды.
Қысқаша мазмұны
Жылдам реакция, жоғары дәлдік және миниатюризация сияқты үш негізгі артықшылығы бар термоэлектрлік салқындату тиімділік, ерекшелік және көрініске бейімделу тұрғысынан ПТР технологиясының негізгі қиындықтарын шешті, заманауи ПТР құралдары (әсіресе жылдам және портативті құрылғылар) үшін стандартты технологияға айналды және зертханадан ПТР-ны клиникалық төсек жанында және орнында анықтау сияқты кеңірек қолдану салаларына ілгерілетуге мүмкіндік берді.
ПТР аппаратына арналған TES1-15809T200
Ыстық бүйірлік температура: 30 C,
Imax: 9.2A
Umax: 18,6 В
Qmax：99,5 Вт
Дельта T макс: 67 C
ACR: 1,7 ±15% Ω (1,53 - 1,87 Ом)
Өлшемі: 77×16.8×2.8 мм
Жарияланған уақыты: 2025 жылғы 13 тамыз
