CN104267766B - 实时温控微型样品室 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种能够实时实现温度调控的微型样品室，包括控温装置(A)、样品室(B)和控温仪表(C)三部分。控温装置(A)包括U型支撑板(①)、半导体制冷片(TEC)(②)、TEC的金属导热片(③)、热电偶探头(④)、玻片支撑板(⑤)和隔热板(⑥)。样品室(B)包括上盖玻片(⑦)、样品室基板(⑧)和下盖玻片(⑨)。控温仪表(C)包括控温电源、反馈控制器和导线。本发明可对样品的温度进行实时控制和调节，温控范围为6‑90℃，温度响应时间≤3min，温度控制精度为±0.5℃。样品室不会引入任何机械振动，无噪声源；容积可调，最少仅需10μl溶液即可充满样品室；体积小，特别满足由于高倍率物镜导致的显微镜载物台空间十分有限的情况。
Description
技术领域
本发明属于显微容器技术领域，具体涉及一种能够实时实现温度调控的微型样品室。
背景技术
在显微观察实验和显微操作实验中，普通的样品室由于没有温度调节功能，只能在室温下进行实验。但在实际应用中，很多生物、物理以及化学实验需要在实验过程中维持特定温度(不一定是室温)，或者随实验的进行而改变温度，因此需要加装带有温控设备的样品室。
目前已有的样品室温控装置一般体积较大，并多带有风扇等噪声源，无法满足使用高倍率显微物镜的狭小工作空间以及高精度测量所需的超低噪声要求。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种能够实时实现温度调控的微型样品室，在实验过程中对样品室内液体的温度进行实时控制和调节，样品室体积小，不引入任何机械振动，具有较好的对温度时间响应能力和温度调节精度。
本发明采用的技术方案为：一种能够实时实现温度调控的微型样品室，包括控温装置A、样品室B和控温仪表C，其中：
控温装置A包括U型支撑板①，半导体制冷片(TEC)②，TEC的金属导热片③，热电偶探头④，玻片支撑板⑤和隔热板⑥；
控温装置A的U型支撑板①两侧下方为两个半导体制冷片(TEC)②，每个半导体制冷片(TEC)②下方均装有TEC的金属导热片③，两个TEC的金属导热片③下面共同连接玻片支撑板⑤，玻片支撑板⑤下面为两个隔热板⑥，TEC的金属导热片(③)的方槽开口向下，两个热电偶探头④分别安装在两个TEC的金属导热片③的方槽内，且使得热电偶探头④位于TEC的金属导热片③和玻片支撑板⑤之间。
U型支撑板①，半导体制冷片(TEC)②，TEC的金属导热片③，热电偶探头④，玻片支撑板⑤使用导热胶粘合，然后将隔热板⑥使用普通粘合剂粘合在玻片支撑板⑤的下方，最终组成控温装置A。
样品室B包括上盖玻片⑦，样品室基板⑧和下盖玻片⑨，样品室基板⑧为带有方孔的金属片。
将上盖玻片⑦、样品室基板⑧和下盖玻片⑨用502速干胶顺次粘合，从而成样品室B，由于样品室基板⑧为带有方孔的金属片，因此粘合后会在上盖玻片⑦和下盖玻片⑨中间形成一个长条形的腔体，并在两侧分别留有一个小孔，可用于加样和排气。
控温仪表C包括控温电源、反馈控制器以及导线。
控温装置A和样品室B使用透明胶连接，半导体制冷片(TEC)②的导线和热电偶探头④的导线需连接至控温仪表C的反馈控制器上。
进一步的，可以通过改变样品室基板⑧的厚度来改变样品室容积。
进一步的，控温装置A中的各个部件之间用导热胶连接，保证热传导能力与机械强度，并且保证U型支撑板①与TEC的金属导热片③不直接接触，降低半导体制冷片(TEC)②的冷热面间的热传导。
进一步的，使用前，先在样品室B内注入所需样品，用高温润滑脂封闭两侧，以保持好的水密性、耐热性以及化学稳定性。然后将样品室B与控温装置A连接，最后将温控微型样品室整体放置在样品台上即可。工作时打开外部电源和反馈控制器，在反馈控制器上设定所需温度，等待约3分钟之后，温控微型样品室内的液体温度即可维持在所设定的温度上。
进一步的，温控微型样品室中的样品溶液与导热金属(样品室基板⑧)直接接触，使热量可以在样品与导热金属之间传递，进而使溶液温度与TEC的金属导热片③的温度快速趋向平衡。TEC在反馈控制电路的作用下，调节TEC的金属导热片③的温度就可以调节溶液温度。
进一步的，控温装置A与样品室B可分离，更换样品时只需更换样品室B部分即可。
本发明的优点在于：
①本发明在实验过程中对样品室内的温度进行实时控制和调节，具有较好的对温度时间响应能力和温度调节精度。
②本发明样品室体积小，实用性广，特别满足由于高倍率物镜导致的显微镜载物台空间十分有限的情况。
③本发明不引入任何机械振动，无噪声源，可用于高精测量。
④本发明中样品室(B)的内部容积可调，最少仅需10μl溶液即可充满样品室(样品室基板(⑧)厚度为0.1mm时)。
附图说明
图1为本发明一种能够实时实现温度调控的微型样品室结构示意图，图中编号依次为：
①为U型支撑板，
②为TEC(半导体制冷片)，
③为TEC的金属导热片，
④为热电偶探头，
⑤为玻片支撑板，
⑥为隔热板，
⑦为上盖玻片，
⑧为样品室基板，
⑨为下盖玻片；
图2为一种能够实时实现温度调控的微型样品室成品示意图；
图3为U型支撑板①，其中图(a)为U型支撑板俯视图，图(b)为U型支撑板侧视图；单位：mm；
图4为TEC的金属导热片③，其中图(a)为TEC的金属导热片俯视图，图(b)为TEC的金属导热片侧视图；单位：mm；
图5为玻片支撑板⑤，75mm×25mm×1mm；
图6为样品室基板⑧，32mm×22mm×0.1mm(0.1mm为基板厚度，其值可选)。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。
本发明提出一种能够实时实现温度调控的微型样品室。该微型样品室的结构由控温装置A、样品室B和控温仪表C三部分组成。控温装置A和样品室B的结构如图1所示，组合形成的实时温控微型样品室为图2的样式。
控温装置A：由元件①-⑤使用导热胶粘合而成，⑥使用502速干胶粘附在⑤之下，如图2所示。U型支撑板①：外部尺寸90mm×40mm×3mm，一侧对称中心加工成50mm×30mm的方槽。U型部分的一面使用导热胶与TEC②(20mm×20mm×3mm，型号tes1-04902)链接。TEC②的上下面的选择要与外界控制器的正负极配合，接反会无法实现温度调控。TEC②的一面通过导热胶与TEC的金属导热片③相连接。TEC的金属导热片③：外部尺寸30mm×25mm×5mm，有3mm×3mm方形凹槽，如图4所示。热电偶探头④通过导热胶固定于TEC的金属导热片③的凹槽内。最后使用导热胶或502速干胶分别将玻片支撑板⑤以及隔热板⑥依次固定于TEC的金属导热片③下方。玻片支撑板⑤外部尺寸75mm×25mm，中心对称加工成22mm×19mm方槽，厚度为1mm，如图5所示。
样品室B：由元件⑦-⑨使用502速干胶粘合而成。盖玻片⑦(帆船牌)外观尺寸为18mm×18mm×0.17mm；下盖玻片尺寸⑨(Corning Cover Glass Cat.No.2865-22)为22mm×22mm×0.17mm；样品室基板⑧：薄铜片，外尺寸32mm×22mm×0.1mm，中心加工成22mm×4mm方孔，如图6所示。样品室基板厚度可选，若使用0.1mm薄片，则样品室内容积约10μl。取清洁的上盖玻片⑦和下盖玻片⑨盖玻片各一片，使两片的中心重合、长短边分别平行，将样品室基板⑧压置于中间并夹紧，制成样品室B，如图1中B所示。
使用注射器将502速干胶滴至玻片边缘，由于毛细效应，胶水很快充满两玻片间的空隙，约十几秒后胶水干燥。待两侧玻片粘好之后，其间形成一个长条型的样品腔，两端各留的开口，用于进样和排气。
使用前，先将样品溶液注入样品室B中，并用高温润滑脂(美孚金霸王)分别封住两端口，然后用透明胶将样品室B固定于控温A的下方，注意B的上玻片⑦朝上，此时上玻片⑦将正好处于玻片支撑板⑤中心方槽内。
控温仪表C：本实施例采用余姚众泰仪表生产的温控表头以及相应的稳压直流电源作为外部控制元件。该控温仪表用电磁继电器控制通过TEC的电流的方向，从而控制TEC②下方导热金属板③的温度变化。控温仪表C包括控温电源、反馈控制器以及导线等都属于现有市场外购器件。
将微型热电偶(美国Omega)置于样品室B中，可以实时检测样品室内溶液的温度。实验发现本实施例能有效调节样品室内的温度，有效调节范围为6-90℃，在该范围内可维持温度基本恒温，温度波动范围为±0.5℃。
本发明能够实时实现温度调控的微型样品室，通过控制与样品紧密接触的导热金属的温度，来间接控制样品室中样品的温度。导热金属的温度通过热电偶温度计进行实时测量。这种样品室可以满足显微生物、物理、化学实验中对实验温度进行调控和恒温的要求。
表1
| 项目名称 | 参数 |
| 控温范围 | 6-90℃ |
| 控温精度 | ±0.5℃ |
| 外观尺寸 | 小于90mm×40mm×14mm(不包括外接电线) |
| 温度响应时间 | ≤3min |
本发明能够实时实现温度调控的微型样品室，具有如表1所示技术指标。
Claims (1)
1.一种能够实时实现温度调控的微型样品室，其特征在于：包括控温装置(A)、样品室(B)和控温仪表三部分，其中：
控温装置(A)包括U型支撑板(①)，半导体制冷片(TEC)(②)，半导体制冷片(TEC)的金属导热片(③)，热电偶探头(④)，玻片支撑板(⑤)和隔热板(⑥)；
控温装置(A)的U型支撑板(①)两侧下方为两个半导体制冷片(TEC)(②)，每个半导体制冷片(TEC)(②)下方均装有半导体制冷片(TEC)的金属导热片(③)，两个半导体制冷片(TEC)的金属导热片(③)下面共同连接玻片支撑板(⑤)，玻片支撑板(⑤)下面为两个隔热板(⑥)，半导体制冷片(TEC)的金属导热片(③)的方槽开口向下，两个热电偶探头(④)分别安装在两个半导体制冷片(TEC)的金属导热片(③)的方槽内，且使得热电偶探头(④)位于半导体制冷片(TEC)的金属导热片(③)和玻片支撑板(⑤)之间；
U型支撑板(①)，半导体制冷片(TEC)(②)，半导体制冷片(TEC)的金属导热片(③)，热电偶探头(④)，玻片支撑板(⑤)使用导热胶粘合，然后将隔热板(⑥)使用粘合剂粘合在玻片支撑板(⑤)的下方，最终组成控温装置(A)；
样品室(B)包括上盖玻片(⑦)，样品室基板(⑧)和下盖玻片(⑨)，样品室基板(⑧)为带有方孔的金属片；
将上盖玻片(⑦)、样品室基板(⑧)和下盖玻片(⑨)用502速干胶顺次粘合，从而形成样品室(B)，由于样品室基板(⑧)为带有方孔的金属片，因此粘合后会在上盖玻片(⑦)和下盖玻片(⑨)中间形成一个长条形的腔体，并在两侧分别留有一个小孔，可用于加样和排气；
控温仪表包括控温电源、反馈控制器以及导线；
控温装置(A)和样品室(B)使用透明胶连接，半导体制冷片(TEC)(②)的导线和热电偶探头(④)的导线需连接至控温仪表的反馈控制器上；
可以通过改变样品室基板(⑧)的厚度来改变样品室容积；
控温装置(A)中的U型支撑板(①)，半导体制冷片(TEC)(②)，半导体制冷片(TEC)的金属导热片(③)，热电偶探头(④)，玻片支撑板(⑤)之间使用导热胶连接，保证热传导能力与机械强度，并且保证U型支撑板(①)与半导体制冷片(TEC)的金属导热片(③)不直接接触，降低半导体制冷片(TEC)(②)的冷热面间的热传导；
使用前，先在样品室(B)内注入所需样品溶液，用高温润滑脂封闭两侧，以保持好的水密性、耐热性以及化学稳定性，然后将样品室(B)与控温装置(A)连接，最后将微型样品室整体放置在样品台上即可，工作时打开外部电源和反馈控制器，在反馈控制器上设定所需温度，等待约3分钟之后，微型样品室内的样品溶液温度即可维持在所设定的温度上；
微型样品室中的样品溶液与样品室基板(⑧)直接接触，使热量可以在样品溶液与导热金属之间传递，进而使样品溶液温度与半导体制冷片(TEC)的金属导热片(③)的温度快速趋向平衡；半导体制冷片(TEC)在反馈控制电路的作用下，调节半导体制冷片(TEC)的金属导热片(③)的温度就可以调节样品溶液温度；
控温装置(A)与样品室(B)可分离，更换样品时只需更换样品室(B)部分即可。
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