Пелтье муздатуу (Пелтье эффектине негизделген термоэлектрдик муздатуу технологиясы) тез реакциясы, так температураны башкаруусу жана компакттуу өлчөмү менен ПТРдин натыйжалуулугуна, тактыгына жана колдонуу сценарийлерине терең таасир этип, ПТР (полимераз чынжыр реакциясы) аспаптары үчүн температураны башкаруу системасынын негизги технологияларынын бирине айланды. Төмөндө ПТРдин негизги талаптарынан баштап, термоэлектрдик муздатуунун (Пелтье муздатуунун) конкреттүү колдонулуштарынын жана артыкчылыктарынын деталдуу талдоосу келтирилген:
I. ПЦР технологиясында температураны көзөмөлдөөнүн негизги талаптары
ПЦРдин негизги процесси - денатурация (90-95℃), күйгүзүү (50-60℃) жана узартуу (72℃) циклинин кайталануучу цикли, ал температураны көзөмөлдөө системасына өтө катуу талаптарды коёт.
Температуранын тез көтөрүлүшү жана төмөндөшү: бир циклдин убактысын кыскартат (мисалы, 95℃дан 55℃га чейин төмөндөө үчүн бир нече секунд гана талап кылынат) жана реакциянын натыйжалуулугун жогорулатат;
Жогорку тактыктагы температураны көзөмөлдөө: күйгүзүү температурасынын ±0,5℃ четтөөсү спецификалык эмес күчөтүүгө алып келиши мүмкүн жана ал ±0,1℃ чегинде көзөмөлдөнүшү керек.
Температуранын бирдейлиги: Бир эле учурда бир нече үлгү реакцияга киргенде, натыйжанын четтөөсүн болтурбоо үчүн үлгү кудуктарынын ортосундагы температура айырмасы ≤0,5℃ болушу керек.
Миниатюризацияга адаптация: Көчмө ПЦР (мисалы, жер-жерлерде сыноо POCT сценарийлери) өлчөмү боюнча компакттуу жана механикалык эскирүүчү бөлүктөрдөн таза болушу керек.
II. ПЦРдеги термоэлектрдик муздатуунун негизги колдонулуштары
Термоэлектрдик муздаткыч TEC, термоэлектрдик муздатуу модулу, пельтье модулу туруктуу ток аркылуу "жылытууну жана муздатууну эки тараптуу которуштурууну" ишке ашырат, бул ПЦРдин температураны көзөмөлдөө талаптарына толук дал келет. Анын конкреттүү колдонулушу төмөнкү аспектилерде чагылдырылган:
1. Температуранын тез көтөрүлүшү жана төмөндөшү: реакция убактысын кыскартуу
Принцип: Токтун багытын өзгөртүү менен, TEC модулу, термоэлектрдик модуль, Пелтиер түзмөгү "жылытуу" (ток алдыга жылганда, TEC модулунун жылуулукту сиңирүүчү учу жылуулукту бөлүп чыгаруучу учка айланат) жана "муздатуу" (ток тескери жылганда, жылуулукту бөлүп чыгаруучу учу жылуулукту сиңирүүчү учка айланат) режимдеринин ортосунда тез которула алат, жооп берүү убактысы адатта 1 секунддан аз болот.
Артыкчылыктары: Салттуу муздатуу ыкмалары (мисалы, желдеткичтер жана компрессорлор) жылуулук өткөрүмдүүлүгүнө же механикалык кыймылга таянат жана жылытуу жана муздатуу ылдамдыгы адатта 2℃/с дан төмөн болот. TEC жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүгү бар металл блоктору (мисалы, жез жана алюминий эритмеси) менен айкалышканда, ал 5-10℃/с ысытуу жана муздатуу ылдамдыгына жетишип, бир ПЦР циклинин убактысын 30 мүнөттөн 10 мүнөткө чейин кыскартат (мисалы, тез ПЦР аспаптарында).
2. Жогорку тактыктагы температураны көзөмөлдөө: күчөтүүнүн өзгөчөлүгүн камсыз кылуу
Принцип: TEC модулунун, термоэлектрдик муздатуу модулунун, термоэлектрдик модулдун чыгуучу кубаттуулугу (жылытуу/муздатуу интенсивдүүлүгү) токтун интенсивдүүлүгү менен сызыктуу корреляцияланат. Жогорку тактыктагы температура сенсорлору (мисалы, платина каршылыгы, термопара) жана PID кайтарым байланышты башкаруу системасы менен айкалышып, температураны так башкаруу үчүн токту реалдуу убакыт режиминде тууралоого болот.
Артыкчылыктары: Температураны көзөмөлдөөнүн тактыгы ±0,1℃ чейин жетиши мүмкүн, бул салттуу суюк ванна же компрессордук муздаткычка караганда (±0,5℃) алда канча жогору. Мисалы, эгерде күйгүзүү этабындагы максаттуу температура 58℃ болсо, TEC модулу, термоэлектрдик модуль, пельтье муздаткычы, пельтье элементи бул температураны туруктуу кармап тура алат, температуранын өзгөрүшүнөн улам праймерлердин спецификалык эмес байланышын болтурбай, күчөтүүнүн спецификасын бир кыйла жогорулатат.
3. Миниатюралык дизайн: көчмө ПЦРди иштеп чыгууну илгерилетүү
Принцип: TEC модулунун, Пелтиер элементинин, Пелтиер түзүлүшүнүн көлөмү бир нече чарчы сантиметрди гана түзөт (мисалы, 10 × 10 мм TEC модулу, термоэлектрдик муздатуу модулу, Пелтиер модулу бир үлгүнүн талаптарына жооп бере алат), анын механикалык кыймылдуу бөлүктөрү жок (мисалы, компрессордун поршени же желдеткичтин калактары) жана муздаткычты талап кылбайт.
Артыкчылыктары: Салттуу ПЦР аспаптары муздатуу үчүн компрессорлорду колдонгондо, алардын көлөмү адатта 50 литрден ашат. Бирок, термоэлектрдик муздатуу модулун, термоэлектрдик модулду, пельтье модулун, TEC модулун колдонгон көчмө ПЦР аспаптарын 5 литрден азга чейин кыскартууга болот (мисалы, колго кармалуучу түзмөктөр), бул аларды талаа сыноолоруна (мисалы, эпидемия учурунда жер-жерлерде текшерүү), клиникалык керебеттин жанындагы сыноолорду жана башка сценарийлерди жүргүзүүгө ылайыктуу кылат.
4. Температуранын бирдейлиги: Ар кандай үлгүлөрдүн ортосундагы ырааттуулукту камсыз кылуу
Принцип: TEC массивдеринин бир нече топтомун жайгаштыруу менен (мисалы, 96 кудуктуу пластинага туура келген 96 микро TEC) же жылуулук бөлүшүүчү металл блоктор (жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүк материалдары) менен айкалыштырып, TECтердеги жеке айырмачылыктардан келип чыккан температуранын четтөөлөрүн компенсациялоого болот.
Артыкчылыктары: Үлгү кудуктарынын ортосундагы температура айырмасын ±0,3℃ чегинде көзөмөлдөөгө болот, бул четки кудуктар менен борбордук кудуктардын ортосундагы температуранын туруксуздугунан келип чыккан күчөтүү натыйжалуулугунун айырмачылыктарын болтурбоого жана үлгүнүн натыйжаларынын салыштырмалуулугун камсыз кылууга мүмкүндүк берет (мисалы, реалдуу убакыттагы флуоресценциялык сандык ПЦРдеги КТ маанилеринин ырааттуулугу).
5. Ишенимдүүлүк жана тейлөөгө жөндөмдүүлүк: Узак мөөнөттүү чыгымдарды азайтуу
Принцип: TECтин эскирүүчү бөлүктөрү жок, иштөө мөөнөтү 100 000 сааттан ашат жана муздаткычтарды (мисалы, компрессорлордогу фреонду) үзгүлтүксүз алмаштырууну талап кылбайт.
Артыкчылыктары: Кадимки компрессор менен муздатылган ПЦР инструментинин орточо иштөө мөөнөтү болжол менен 5 жылдан 8 жылга чейин, ал эми TEC системасы аны 10 жылдан ашык убакытка чейин узарта алат. Андан тышкары, техникалык тейлөө үчүн жылуулук раковинасын тазалоо гана талап кылынат, бул жабдууларды иштетүү жана техникалык тейлөө чыгымдарын бир топ азайтат.
III. Колдонмолордогу кыйынчылыктар жана оптималдаштыруулар
Жарым өткөргүчтүү муздатуу ПЦРде идеалдуу эмес жана максаттуу оптималдаштырууну талап кылат:
Жылуулуктун таркалуусунун тоскоолдуктары: TEC муздап жатканда, жылуулук бөлүп чыгаруу жагында көп өлчөмдөгү жылуулук топтолот (мисалы, температура 95℃ден 55℃ге чейин төмөндөгөндө, температуранын айырмасы 40℃ге жетет жана жылуулук бөлүп чыгаруу кубаттуулугу бир топ жогорулайт). Аны натыйжалуу жылуулук бөлүп чыгаруу системасы (мисалы, жез жылуулук раковиналары + турбина желдеткичтери же суюк муздатуу модулдары) менен жупташтыруу керек, болбосо бул муздатуунун натыйжалуулугунун төмөндөшүнө (ал тургай ысып кетүүдөн улам келип чыккан зыянга) алып келет.
Энергияны керектөөнү көзөмөлдөө: Температуранын чоң айырмачылыктарында TEC энергияны керектөө салыштырмалуу жогору (мисалы, 96 кудуктуу ПЦР инструментинин TEC кубаттуулугу 100-200 Вт жетиши мүмкүн) жана акылдуу алгоритмдер (мисалы, температураны алдын ала көзөмөлдөө) аркылуу натыйжасыз энергияны керектөөнү азайтуу зарыл.
IV. Практикалык колдонуу учурлары
Учурда, негизги ПЦР инструменттери (айрыкча реалдуу убакыттагы флуоресценциялык сандык ПЦР инструменттери) жарым өткөргүч муздатуу технологиясын жалпысынан кабыл алышкан, мисалы:
Лабораториялык деңгээлдеги жабдуулар: белгилүү бир бренддеги 96 кудуктуу флуоресценциялык сандык ПЦР аспабы, TEC температурасын башкаруу менен жабдылган, ысытуу жана муздатуу ылдамдыгы 6℃/с чейин, температураны башкаруунун тактыгы ±0,05℃ жана 384 кудуктуу жогорку өндүрүмдүүлүктү аныктоону колдойт.
Көчмө түзмөк: TEC дизайнына негизделген белгилүү бир колго кармалуучу ПЦР инструменти (салмагы 1 кгдан аз) жаңы коронавирусту 30 мүнөттүн ичинде аныктай алат жана аэропорттор жана коомчулуктар сыяктуу жергиликтүү сценарийлер үчүн ылайыктуу.
Кыскача маалымат
Термоэлектрдик муздатуу, тез реакция, жогорку тактык жана миниатюризация сыяктуу үч негизги артыкчылыгы менен, ПТР технологиясынын натыйжалуулук, спецификалуулук жана көрүнүшкө ыңгайлашуу жагынан негизги көйгөйлөрүн чечип, заманбап ПТР инструменттери (айрыкча тез жана көчмө түзмөктөр) үчүн стандарттуу технологияга айланды жана лабораториядан ПТРди клиникалык керебеттин жанында жана жергиликтүү жерде аныктоо сыяктуу кеңири колдонуу тармактарына жайылтты.
ПЦР аппараты үчүн TES1-15809T200
Ысык каптал температурасы: 30 C,
IMax: 9.2A
Umax: 18.6V
Qmax: 99.5 Вт
Дельта Т макс: 67 C
ACR: 1.7 ± 15% Ω (1.53төн 1.87 Омго чейин)
Өлчөмү: 77×16.8×2.8мм
Жарыяланган убактысы: 2025-жылдын 13-августу
