Peltier салқындату (Пелтиер эффектісіне негізделген термоэлектрлік салқындату технологиясы) ПТР тиімділігіне, дәлдігіне және қолдану сценарийлеріне терең әсер ететін жылдам реакциясы, температураны дәл бақылауы және ықшам өлшемі арқасында ПТР (полимеразды тізбекті реакция) құралдары үшін температураны реттеу жүйесінің негізгі технологияларының біріне айналды. Төменде ПТР негізгі талаптарынан бастап термоэлектрлік салқындатудың (пельтиерлік салқындату) арнайы қолданбалары мен артықшылықтарының егжей-тегжейлі талдауы берілген:
I. ПТР технологиясындағы температураны бақылауға қойылатын негізгі талаптар
ПТР негізгі процесі температураны бақылау жүйесіне өте қатаң талаптар қоятын денатурацияның (90-95℃), жасытудың (50-60℃) және ұзартудың (72℃) қайталанатын циклі болып табылады.
Температураның жылдам көтерілуі және төмендеуі: бір циклдің уақытын қысқартыңыз (мысалы, 95℃-ден 55℃-ге дейін төмендеуі бірнеше секундты алады) және реакция тиімділігін арттыру;
Жоғары дәлдіктегі температураны бақылау: Жасыту температурасының ±0,5℃ ауытқуы спецификалық емес күшейтуге әкелуі мүмкін және оны ±0,1℃ шегінде бақылау керек.
Температураның біркелкілігі: бірнеше үлгілер бір уақытта әрекеттескенде, нәтиженің ауытқуын болдырмау үшін үлгі ұңғымалары арасындағы температура айырмашылығы ≤0,5℃ болуы керек.
Миниатюризацияға бейімделу: Портативті ПТР (жергілікті сынау POCT сценарийлері сияқты) өлшемі ықшам және механикалық тозу бөліктері болмауы керек.
II. ПТР-да термоэлектрлік салқындатудың негізгі қолданбалары
Термоэлектрлік салқындатқыш TEC, термоэлектрлік салқындату модулі, пельтиер модулі ПТР температураны бақылау талаптарына тамаша сәйкес келетін тұрақты ток арқылы «жылыту мен салқындатудың екі жақты ауысуына» қол жеткізеді. Оның нақты қолданбалары келесі аспектілерде көрінеді:
1. Температураның жылдам көтерілуі және төмендеуі: реакция уақытын қысқартады
Принцип: Ток бағытын өзгерту арқылы TEC модулі, термоэлектрлік модуль, peltier құрылғысы «жылыту» (ток алға бағытталған кезде, TEC модулінің жылу сіңіретін ұшы, peltier модулі жылу шығаратын ұшы болады) және «салқындату» (ток кері болған кезде қыздыру және қыздыру соңы) арасында жылдам ауыса алады. режимдері, әдетте 1 секундтан аз жауап беру уақыты.
Артықшылықтары: Дәстүрлі салқындату әдістері (мысалы, желдеткіштер мен компрессорлар) жылу өткізгіштікке немесе механикалық қозғалысқа негізделген және жылыту мен салқындату жылдамдығы әдетте 2℃/с-тан төмен. TEC жоғары жылу өткізгіштігі бар металл блоктармен (мыс және алюминий қорытпасы сияқты) 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: күшейту ерекшелігін қамтамасыз ету
Принцип: TEC модулінің, термоэлектрлік салқындату модулінің, термоэлектрлік модульдің шығыс қуаты (жылыту/салқындату қарқындылығы) ток қарқындылығымен сызықтық корреляцияланады. Жоғары дәлдіктегі температура сенсорларымен (мысалы, платина кедергісі, термопара) және PID кері байланысты басқару жүйесімен біріктірілген, нақты температураны бақылауға қол жеткізу үшін токты нақты уақытта реттеуге болады.
Артықшылықтары: Температураны реттеу дәлдігі ±0,1℃ жетуі мүмкін, бұл дәстүрлі сұйық ваннаға немесе компрессорлық тоңазытқышқа (±0,5℃) қарағанда әлдеқайда жоғары. Мысалы, егер жасыту кезеңіндегі мақсатты температура 58℃ болса, TEC модулі, термоэлектрлік модуль, пельтиер салқындатқышы, пельтиер элементі температураның ауытқуына байланысты праймерлердің спецификалық емес байланысуын болдырмай және күшейту ерекшелігін айтарлықтай арттыра отырып, осы температураны тұрақты түрде сақтай алады.
3. Миниатюризацияланған дизайн: портативті ПТР дамуына ықпал ету
Принцип: TEC модулінің, peltier элементінің, peltier құрылғысының көлемі небәрі бірнеше шаршы сантиметрді құрайды (мысалы, 10×10 мм TEC модулі, термоэлектрлік салқындату модулі, peltier модулі бір үлгінің талаптарына жауап бере алады), оның механикалық қозғалатын бөліктері жоқ (мысалы, компрессордың поршені), рефлектор немесе желдеткіш қажет емес.
Артықшылықтары: Дәстүрлі ПТР құралдары салқындату үшін компрессорларға сүйенгенде, олардың көлемі әдетте 50 л асады. Дегенмен, термоэлектрлік салқындату модулін, термоэлектрлік модульді, пельтиер модулін, TEC модулін пайдаланатын портативті ПТР аспаптарын 5 л-дан азға дейін азайтуға болады (мысалы, қол құрылғылары), бұл оларды далалық сынақтарға (мысалы, эпидемия кезінде жердегі скрининг), клиникалық төсек-орын сынағы және басқа сценарийлер үшін қолайлы етеді.
4. Температураның біркелкілігі: әртүрлі үлгілер арасындағы сәйкестікті қамтамасыз етіңіз
Принцип: TEC массивтерінің бірнеше жиынын (мысалы, 96 шұңқырлы пластинаға сәйкес келетін 96 микро ТЭЦ) немесе жылуды бөлісетін металл блоктармен (жылу өткізгіштігі жоғары материалдар) біріктіру арқылы ТЭС-теріндегі жеке айырмашылықтардан туындаған температура ауытқуларын өтеуге болады.
Артықшылықтары: Үлгі ұңғымалары арасындағы температура айырмашылығын ±0,3℃ шегінде басқаруға болады, шеткі ұңғымалар мен орталық ұңғымалар арасындағы сәйкес келмейтін температуралар туғызатын күшейту тиімділігінің айырмашылығын болдырмайды және үлгі нәтижелерінің салыстырмалылығын қамтамасыз етеді (мысалы, нақты уақыттағы флуоресценттік сандық ПТР-да КТ мәндерінің сәйкестігі).
5. Сенімділік және техникалық қызмет көрсету: ұзақ мерзімді шығындарды азайту
Принцип: TEC тозу бөлшектері жоқ, қызмет ету мерзімі 100 000 сағаттан асады және салқындатқыштарды (мысалы, компрессорлардағы фреон сияқты) үнемі ауыстыруды қажет етпейді.
Артықшылықтары: Дәстүрлі компрессормен салқындатылған ПТР құралының орташа қызмет ету мерзімі шамамен 5-8 жыл, ал TEC жүйесі оны 10 жылдан астам ұзарта алады. Сонымен қатар, техникалық қызмет көрсету тек жылу раковинасын тазалауды қажет етеді, бұл жабдықты пайдалану және жөндеу шығындарын айтарлықтай азайтады.
III. Қолданбалардағы қиындықтар мен оңтайландырулар
Жартылай өткізгішті салқындату ПТР-де мінсіз емес және мақсатты оңтайландыруды қажет етеді:
Жылу диссипациясының кедергісі: TEC салқындату кезінде жылу шығарудың соңында көп мөлшерде жылу жиналады (мысалы, температура 95℃-ден 55℃-ге дейін төмендегенде, температура айырмашылығы 40℃-ке жетеді және жылу шығару қуаты айтарлықтай артады). Оны тиімді жылуды тарату жүйесімен (мысалы, мыс радиаторлары + турбиналық желдеткіштер немесе сұйық салқындату модульдері) жұптау қажет, әйтпесе бұл салқындату тиімділігінің төмендеуіне (тіпті қызып кетудің зақымдалуына) әкеледі.
Энергияны тұтынуды бақылау: Үлкен температуралық айырмашылықтар кезінде TEC энергияны тұтыну салыстырмалы түрде жоғары (мысалы, 96 ұңғылық ПТР құралының TEC қуаты 100-200 Вт жетуі мүмкін) және интеллектуалды алгоритмдер арқылы тиімсіз энергия тұтынуды азайту қажет (мысалы, температураны болжау).
Iv. Практикалық қолдану жағдайлары
Қазіргі уақытта негізгі ПТР құралдары (әсіресе нақты уақыттағы флуоресцентті сандық ПТР құралдары) әдетте жартылай өткізгішті салқындату технологиясын қабылдады, мысалы:
Зертханалық деңгейлі жабдық: 6℃/с дейін қыздыру және салқындату жылдамдығы, ±0,05℃ температураны бақылау дәлдігі және 384 ұңғыманың өткізу қабілеті жоғары анықтауды қолдайтын TEC температурасын бақылау мүмкіндігі бар белгілі бір маркалы 96 ұңғылы флуоресцентті сандық ПТР құралы.
Портативті құрылғы: TEC дизайнына негізделген белгілі бір қолдық ПТР құралы (салмағы 1 кг-нан аз) жаңа коронавирусты анықтауды 30 минут ішінде аяқтай алады және әуежайлар мен қауымдастықтар сияқты жергілікті сценарийлер үшін жарамды.
Түйіндеме
Жылдам реакцияның, жоғары дәлдіктің және миниатюризацияның үш негізгі артықшылығы бар термоэлектрлік салқындату ПТР технологиясының тиімділік, спецификалық және көрініске бейімділік тұрғысынан негізгі ауыртпалық тұстарын шешіп, заманауи ПТР құралдарының (әсіресе жылдам және портативті құрылғылар) стандартты технологиясына айналды және ПТР-ны зертханадан кеңірек қолдану салаларына, мысалы, төсек-орын және жер бетінде анықтауға ықпал етті.
ПТР аппаратына арналған TES1-15809T200
Ыстық жағындағы температура: 30 C,
Макс: 9,2А,
Umax: 18,6 В
Qmax: 99,5 Вт
Delta T max: 67 C
ACR: 1,7 ±15% Ω (1,53 - 1,87 Ом)
Өлшемі: 77×16,8×2,8 мм
Жіберу уақыты: 13 тамыз 2025 ж
