CN101004287B - 一种毛细管加热器件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于微流体加热和温度控制领域，其特征在于，所述毛细管加热器件包括至少一根用于通入流体的毛细管，至少一个电阻式加热器，以及至少一层温度调节材料，电阻式加热器以接触的方式包裹在毛细管外壁，温度调节层夹在电阻式加热器与毛细管外壁之间也可以包裹在电阻式加热器之外。该器件可以在流体流动的管道路线上对流体进行加热，结构简单，易于集成，同时由于体积小，热容小，具有升降温迅速，能耗低的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于流体加热的毛细管加热器件，该器件用于管道中的流体的加热和温度控制。
背景技术
在生物、化工、医药、家电等各个领域，温度控制是一个十分普遍而重要的应用。随着流体技术的日益广泛应用，对于流体的温度控制，特别是微量流体的温度控制也日显重要。本发明提出的一种毛细管加热器件，可以在流体流动的管道路线上对流体进行加热，结构简单，易于集成，同时由于体积小，热容小，具有升降温迅速，能耗低的特点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种毛细管加热器件，使其可以连接在流体流路中，对流体进行加热。
本发明的特征之一在于：所述器件含有：
通入流体的毛细管，至少一根；
电阻式加热器，至少一个；
电阻式加热器以接触的方式包裹在毛细管的外壁；
所述的电阻式加热器包裹住的有效加热区域的两端附近，包裹着由热的不良导体材料制成或形成的温度调节层。
所述毛细管的管道的长度与其横截面最大尺寸之比大于2∶1，横截面外径为10mm～0.002mm，壁厚范围为5mm～0.001mm。通过对电阻式加热器施加电压或电流，通过由其电阻产生的焦耳热对于管道中的流体进行加热。所述加热器由导电材料制成，是任何一种具有确定的电阻率的金属、非金属、化合物或他们的组合。所述电阻式加热器，是以下任何一种形式或者其组合：有确定厚度的薄膜、有确定厚度的平面几何图形或有确定截面形状的电阻丝。所述电阻式加热器和温度调节层，是以任何一种方式进行相互的接合，这些方式包括包裹、缠绕、溅射、沉积、化学合成等。所述的温度调节层，是任何具有一定的导热系数的材料，其作用在于获得温度沿毛细管长度方向上的某种特定形式的分布。所述的温度调节层是一种材料或多种材料的组合，一层或多层。
本发明可在半小时内对克隆在T载体上的HCV的DNA片断的扩增。
附图说明
图1为一种具体的加热器件实现形式
图2为毛细管器件的PCR实验结果
具体实施方式
本发明所述的毛细管加热器件，由可以接在流体流路中的毛细管，以及其外部包裹上的电阻式加热器构成。电阻式加热器由具有一定的电阻率的导电材料制成。当电流流过该加热器的时候，可以产生焦耳热，并进一步通过热传导的方式，达到给毛细管内的流体加热的目的。电阻加热器的导电材料可以是金属、非金属、化合物或他们的组合。导电材料可以通过蒸镀或溅射的方法在毛细管外壁加工出一定厚度的薄膜层，薄膜的厚度范围一般在10-2～10-9米；也可以将事先加工好的薄膜式电阻加热器紧密贴合或包裹在毛细管外；还可以将电阻丝紧绕在毛细管外壁上以形成一定长度的有效加热区，电阻丝的截面外接圆的直径范围一般在10-2～10-9米，电阻丝可以有也可以没有绝缘保护层，绕丝可以是单层也可以是多层。
因为导入流体和连接其它流路的需要，至少是毛细管的两末端区域不可能完全被加热器包裹住，所以形成了实际上“冷区”。而在被加热器包裹住的有效加热区域内，温度沿毛细管长度上的分布仍会受到“冷区”的影响，一般存在着一定的梯度。此时，可以利用温度调节层的作用，根据实际需要以获得有效加热区内沿毛细管长度方向上的各种温度分布：例如，当温度调节层的材料是热的良好导体时，可以起到拉平有效加热区内的温度分布，使之更加均匀；或者，在有效加热区两端附近包裹由热的不良导体材料制成的温度调节层，也可以起到相同的作用；当有效加热区末端的温度调节层材料对热充分绝缘时，更可以使得该末端区域的温度高于有效加热区中心区域的温度；当有效加热区两端的温度调节层材料或厚度不同时，还可以在有效加热区域内获得单调的温度梯度分布。
附图1给出上述发明的一个应用实例。该应用是在玻璃毛细管(1)内进行核酸扩增反应，玻璃毛细管内径1.0mm，壁厚0.2mm，容积为25μL。电阻加热器(4)为毛细管外壁上紧密缠绕的一匝直径60μm包被着聚酰亚胺绝缘层的铜导线。铜丝的两端(5)焊接在两个铜箔环(2)上，铜箔环作为铜丝连接到电路的过渡。然后在绕制的铜线圈外包覆一层50μm的导热铜箔作为温度调节层(3)。通过控制电路对该毛细管加热器件进行标定和温控，经过适当的温度循环，可以成功地在半小时内完成对克隆在T载体上的HCV(Hepatitis C Virus)的DNA片断的扩增。具体电泳结果参见图2，其中：
M：DL2000 Marker，(TaKaRa Bio-Company，Shiga，Japan)；
1，2：Eppendorf管内常规PCR结果(对照)；
4，5：毛细管器件内的PCR结果；
3，6：空白对照，除没有模板DNA外，与对应的1、2，4、5相同。
以上结合优选实施例对根据本发明的进行了描述。本领域内的技术人员可以理解，上文中所提到的参数如数量、尺寸等均是示例性的而不应视为对本发明的限制。本发明的范围由后附的权利要求书限定。
Claims (8)
1.一种毛细管加热器件，其特征在于，所述器件含有：
通入流体的毛细管，至少一根；
电阻式加热器，至少一个；
电阻式加热器以接触的方式包裹在毛细管的外壁；
所述的电阻式加热器包裹住的有效加热区域的两端附近，包裹着由热的不良导体材料制成或形成的温度调节层。
2.根据权利要求1所述的一种毛细管加热器件，其特征在于，所述毛细管的横截面外径范围为10mm～0.002mm。
3.根据权利要求1或2中任何一项所述的一种毛细管加热器件，其特征在于，所述毛细管的壁厚在5mm～0.001mm之间。
4.根据权利要求1所述的一种毛细管加热器件，其特征在于，所述电阻式加热器由导电材料制成，其中包含具有确定电阻率的金属、非金属的任何一种。
5.根据权利要求1所述的一种毛细管加热器件，其特征在于，所述电阻式加热器是以下任何一种或者它们的组合：有确定厚度的薄膜或有确定截面形状的电阻丝。
6.根据权利要求1所述的一种毛细管加热器件，其特征在于，所述温度调节层是一种材料或多种材料的组合。
7.根据权利要求1所述的一种毛细管加热器件，其特征在于，所述的温度调节层是多层的。
8.根据权利要求1所述的一种毛细管加热器件，其特征在于，所述电阻式加热器是电阻丝的，所述电阻丝的两端通过一个导电的铜箔环连接到外部加热电路。
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