CN113467541A - 用于生物研究的控温装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于生物研究的控温装置，包括壳体以及设置在壳体内的控制器、控温结构和温度传感器；控温结构和温度传感器均与控制器电连接，控温结构的上端面设置有导热板，导热板的上端面用于放置实验器皿，温度传感器用于采集导热板的温度，控制器用于根据温度传感器采集到的温度控制控温结构工作，控温结构用于调整导热板的温度，使与导热板接触的实验器皿的温度升高或降低至预设温度。本公开提供的用于生物研究的控温装置，能够精确地控制导热板和实验器皿的温度，使导热板和实验器皿的温度保持在预设温度内，从而为生物反应的基础研究营造一个安全无污染的低温操作环境。

Description

用于生物研究的控温装置

技术领域

本公开涉及生物技术领域，尤其涉及一种用于生物研究的控温装置。

背景技术

亚低温治疗是一种以物理方法将患者的体温降低到预期水平而达到治疗疾病目的的方法。目前人类仍在不断进行亚低温治疗的基础研究，探索在低温状态即30℃-35℃下，细胞的相关变化、反应及作用机制，以方便建立低温环境与细胞的影响模型，从而能够更好的从细胞、组织层面了解低温的原理、现象和机制。

然而，在现有的生物反应基础研究中，与环境温度一致的实验器皿的温度要么过高，要么过低，不符合生物研究的温度要求。例如当实验器皿的温度过高时，为了营造低温操作环境，常在实验器皿例如培养皿、孔板下放置冰袋，通过冰袋对实验器皿进行降温，这种方式温度控制不准确，也无法做精确的温度定量分析；并且如果基础研究时间较长，冰袋会融化，需要更换冰袋才能使基础研究继续进行，操作不便利且会增加污染风险。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种用于生物研究的控温装置。

本公开提供了一种用于生物研究的控温装置，包括壳体以及设置在所述壳体内的控制器、控温结构和温度传感器；

所述控温结构和所述温度传感器均与所述控制器电连接，所述控温结构的上端面设置有用于传递热量的导热板，所述导热板的上端面用于放置实验器皿，所述温度传感器用于采集所述导热板的温度，所述控制器用于根据所述温度传感器采集到的温度控制所述控温结构工作，所述控温结构用于调整所述导热板的温度，使与所述导热板接触的所述实验器皿的温度升高或降低至预设温度。

进一步地，所述控温结构包括半导体制冷片和散热结构；所述半导体制冷片与所述控制器电连接，所述导热板的下端面与所述半导体制冷片的上端面接触；所述控制器用于控制所述半导体制冷片的工作状态，以改变所述半导体制冷片的上端面的温度；

所述散热结构与所述控制器电连接，所述散热结构设置在所述半导体制冷片的下端面，所述散热结构用于对所述半导体制冷片进行散热。

进一步地，所述导热板的外缘与所述半导体制冷片的上端面的外缘平齐。

进一步地，所述半导体制冷片为多个，多个所述半导体制冷片拼接在一起，且多个所述半导体制冷片位于同一平面上。

进一步地，所述半导体制冷片的外表面上包覆有导热层。

进一步地，所述散热结构包括散热风扇和散热片，所述散热风扇和所述散热片靠近所述半导体制冷片的下端面处设置。

进一步地，所述散热片包括散热基板和设置在所述散热基板的下端面上的散热翅片，所述半导体制冷片的下端面与所述散热基板的上端面接触。

进一步地，所述壳体包括盒体和盖体，所述盒体和所述盖体共同形成用于容置所述控制器、所述控温结构以及所述温度传感器的容置腔；所述盒体的侧壁上设置有散热孔，所述盖体上设置有与所述导热板相匹配的避让孔，所述盖体盖设在所述盒体上时，所述导热板贯穿所述避让孔，以使所述导热板的上端面与所述盖体的上表面平齐。

进一步地，所述盖体上设置有与所述控制器电连接的显示屏和控制按钮；所述显示屏用于显示所述导热板的温度，所述控制按钮用于设定所述预设温度。

进一步地，所述用于生物研究的控温装置还包括电源模块，所述电源模块用于为所述控制器供电。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本公开提供的用于生物研究的控温装置，通过设置壳体并在壳体内设置有控制器、控温结构和温度传感器；控温结构和温度传感器均与控制器电连接，控温结构的上端面设置有用于传递热量的导热板，导热板的上端面用于放置实验器皿，温度传感器用于采集导热板的温度，控制器用于根据温度传感器采集到的温度控制控温结构工作，控温结构用于调整导热板的温度，使与导热板接触的实验器皿的温度升高或降低至预设温度。基于此，本公开提供的用于生物研究的控温装置，通过温度传感器和控温结构的配合，可以迅速对放置在导热板上端面的实验器皿进行温度调整，以使该实验器皿的温度升高或降低至预设温度，且能够非常精确地控制导热板和实验器皿的温度，使导热板和实验器皿的温度保持在预设温度内，从而为生物反应的基础研究营造一个安全无污染的低温操作环境。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例所述用于生物研究的控温装置的分解示意图；

图2为本公开实施例所述用于生物研究的控温装置的装配图。

其中，1、壳体；11、盖体；111、避让孔；112、显示屏；113、控制按钮；12、盒体；121、散热孔；2、控制器；3、控温结构；31、半导体制冷片；32、散热结构；321、散热风扇；322、散热片；3221、散热基板；3222、散热翅片；4、导热板；41、承载面；5、锂电池。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

参考图1和图2中所示，本实施例提供一种用于生物研究的控温装置(以下简称控温装置)，适用于放置在实验器皿的下方，本实施例提供的用于生物研究的控温装置包括壳体1以及设置在壳体1内的控制器2、控温结构3和温度传感器(未图示)；控温结构3和温度传感器均与控制器2电连接，控温结构3的上端面设置有用于传递热量的导热板4，导热板4的上端面用于放置实验器皿，温度传感器用于采集导热板4的温度，控制器2用于根据温度传感器采集到的温度控制控温结构3工作，控温结构3用于调整导热板4的温度，使与导热板4接触的实验器皿的温度升高或降低至预设温度。

在本实施例中，壳体1可以以任意合适的材质制成，能够对设置在壳体1内部的控制器2、控温结构3以及温度传感器起到保护作用，方便消毒即可，例如壳体1可以采用尼龙、工程塑料、聚碳酸酯等材质制成，根据具体的使用环境可以任意选用，在此不做过多限制。

具体使用时，将导热板4的上端面定义为用于承载实验器皿的承载面41，将实验器皿放置在承载面41上使用，也就是说，将实验器皿放置在本公开提供的控温装置的上方，此时，实验器皿位于上方，控温装置位于下方。在此需要说明的是，控温装置的具有承载面41的一侧为即靠近实验器皿的一侧上方，控温装置的远离承载面41的一侧即远离实验器皿的一侧为下方。

其中，可以先将实验器皿放置在承载面41上，再给本公开提供的控温装置进行供电进行操作。当然，也可以先给本公开提供的控温装置供电并设置预设温度，再将实验器皿放置在承载面41上进行操作。

在本实施例中，导热板4为金属导热板4，机械强度高，承载性能优良，能够快速实现热量传递即可。例如导热板4可以是316L不锈钢导热板、铜质导热板、钛合金导热板等。

其中，承载面41为与实验器皿的底面相匹配的平面，接触好，热量传输快，有助于提高本公开提供的控温装置的工作效率。

另外，导热板4的远离控温结构3的一面即导热板4的上端面可以全部用于形成承载面41，当然，导热板4的上端面也可以部分用于形成承载面41，具体实现时，将导热板4的远离控温结构3的一面设置为凹槽，凹槽的槽底形成为与实验器皿的底面相匹配的承载面41，凹槽的槽壁一方面用于对实验器皿进行限位，操作时可以有效防止实验器皿从导热板4上滑落，另一方面，凹槽的槽壁能够围合在实验器皿的外壁上，槽壁属于导热板4的一部分，因此槽壁也具有热量传递的功能，增大了导热板4与实验器皿的接触面积，从而有助于对实验器皿进行快速的升温处理和降温处理，进而可以提高本公开提供的控温装置的工作效率。

本领域技术人员容易理解的是，控制器2可以是逻辑控制器2或微程序控制器2，根据具体的使用工况可以任意选用，在此不做过多限制。

其中，温度传感器可以是接触式温度传感器，当然，也可以是非接触式温度传感器，例如红外温度传感器。当温度传感器为接触式温度传感器时，该接触式温度传感器设置在导热板4和控温结构3之间。

在本实施例中，控制器2用于控制控温结构3工作，以调整导热板4的温度，具体的是，以对导热板4进行降温处理，或者对导热板4进行升温处理；温度传感器采集到的温度大于预设温度时，控制器2控制控温结构3对导热板4进行降温处理，以使导热板4和实验器皿的温度降低至预设温度；温度传感器采集到的温度小于预设温度时，控制器2控制控温结构3对导热板4进行升温处理，以使导热板4和实验器皿的温度升高至预设温度。

根据一些实施例，温度传感器采集到的温度大于预设温度时，控制器2控制控温结构3与电源正接，控温结构3的上端面能够快速实现制冷，以对导热板4进行降温处理，由于导热板4与实验器皿的温度相同，所以控温结构3的上端面通过导热板4能够对实验器皿进行快速制冷，以使实验器皿的温度保持在预设温度内。

根据另一些实施例，温度传感器采集到的温度小于预设温度时，控制器2控制控温结构3与电源反接，控温结构3的上端面能够快速实现制热，以对导热板4进行升温处理，由于导热板4与实验器皿的温度相同，所以控温结构3的上端面通过导热板4能够对实验器皿进行快速制热，以使实验器皿的温度保持在预设温度内。

其中，预设温度为30℃至35℃。

通过上述技术方案，本实施例提供的控温装置，通过设置壳体1并在壳体1内设置有控制器2、控温结构3和温度传感器；控温结构3和温度传感器均与控制器2电连接，控温结构3的上端面设置有用于传递热量的导热板，导热板的上端面用于放置实验器皿，温度传感器用于采集导热板的温度，控制器2用于根据温度传感器采集到的温度控制控温结构3工作，控温结构3用于调整导热板的温度，使与导热板接触的实验器皿的温度升高或降低至预设温度。基于此，本公开提供的用于生物研究的控温装置，通过温度传感器和控温结构3的配合，可以迅速对放置在导热板上端面的实验器皿进行温度调整，以使该实验器皿的温度升高或降低至预设温度，且能够非常精确地控制导热板和实验器皿的温度，使导热板和实验器皿的温度保持在预设温度内，从而为生物反应的基础研究营造一个安全无污染的低温操作环境。

进一步地，参考图2中所示，控温结构3包括半导体制冷片31和散热结构32；半导体制冷片31与控制器2电连接，导热板4的下端面与半导体制冷片31的上端面接触；控制器2用于控制半导体制冷片31的工作状态，以改变半导体制冷片31的上端面的温度；散热结构32与控制器2电连接，散热结构32设置在半导体制冷片31的下端面，散热结构32用于对半导体制冷片31进行散热。

本领域技术人员容易理解的是，半导体制冷片31具有相对设置的制冷端和制热端；半导体制冷片31工作时，只要有电流通过，其两端之间就会产生热量转移，热量就会从一端转移到另一端，从而在半导体制冷片31的两端产生温差形成制冷端和制热端。

在本实施例中，控制器2根据温度传感器采集到的温度控制半导体制冷片31的工作状态，具体的是，当温度传感器采集到的温度大于预设温度时，控制器2控制控温结构3与电源正接，此时，半导体制冷片31的上端面即靠近导热板4的一面为制冷端，半导体制冷片31的下端面即远离导热板4的一面为制热端。此时，半导体制冷片31的制冷端对导热板4进行降温处理，直至半导体制冷片31的制冷端的温度、导热板4以及实验器皿的温度一致且为预设温度。

半导体制冷片31对导热板4进行降温处理时，控制器2控制散热结构32工作，从而使散热机构对半导体制冷片31进行散热处理，有助于提高半导体制冷片31的使用寿命和制冷效果。

当温度传感器采集到的温度小于预设温度时，控制器2控制控温结构3与电源反接，此时，半导体制冷片31的上端面即靠近导热板4的一面为制热端，半导体制冷片31的下端面即远离导热板4的一面为制冷端。此时，半导体制冷片31的制热端对导热板4进行升温处理，直至半导体制冷片31的制冷端的温度、导热板4以及实验器皿的温度一致且为预设温度。

在本实施例中，半导体制冷片31的上端面设置有导热板4，半导体制冷片31的下端面设置有散热结构32，导热板4和散热结构32均与半导体制冷片31相匹配。

作为一种可选的实施方式，导热板4和散热结构32可以分别与半导体制冷片31可拆卸连接，例如螺纹连接，拆卸方便，方便更换，当导热板4、散热结构32、半导体制冷片31中有一者有损坏时，只需将损坏的部件更换掉即可，节省成本。

作为另一种可选的实施方式，导热板4和散热结构32也可以分别与半导体制冷片31通过热熔胶粘接在一起。

在本实施例中，半导体制冷片31，也叫热电制冷片，是一种热泵，可靠性高，无污染，热惯性非常小，制冷制热时间很快。通常，半导体制冷片31的冷端和热端的温差可以达到40℃-65℃之间，制冷和制热效果好，在制热端散热良好制冷端空载的情况下，通电不到一分钟，半导体制冷片31就能达到最大温差，热传递快，工作效率高。

具体使用时，由于半导体制冷片31自身存在电阻，当电流经过半导体制冷片31时就会产生热量，从而会影响热传递，进而会影响半导体制冷片31的制冷效果，基于此，在半导体制冷片31的下端面设置有散热结构32，以对半导体制冷片31进行及时散热，有助于提高半导体制冷片31的工作性能和使用寿命。

在本实施例中，导热板4的外缘与半导体制冷片31的上端面的外缘平齐，也就是说，导热板4的尺寸与半导体制冷片31的上端面的尺寸相同，如此设计，热传递效率高，半导体制冷片31对导热板4的制冷或制热效果好，工作效率高。

由于单个半导体制冷片31的尺寸往往比实验器皿的底面小，基于此，参考图2中所示，半导体制冷片31为多个，多个半导体制冷片31拼接在一起，且多个半导体制冷片31位于同一平面上，以方便与导热板4和散热结构32连接在一起。

具体实现时，多个半导体制冷片31可以通过热熔胶粘接在一起。

进一步地，在半导体制冷片31的外表面上包覆有导热层，例如导热硅脂和导热硅胶，热传递性能好，有助于提高半导体制冷片31的制冷和制热效果。

另外，导热层还可以使半导体制冷片31的上端面和下端面找平，补偿半导体制冷片31与导热板4和散热结构32之间的装配误差，使半导体制冷片31分别与导热板4和散热结构32接触良好。

进一步地，散热结构32包括散热风扇321和散热片322，散热风扇321和散热片322靠近半导体制冷片31的下端面处设置。

在本实施例中，散热风扇321和散热片322主要是为半导体制冷片31的热端进行散热。通过散热风扇321和散热片322对热端进行主动散热来降低热端温度时，冷端温度也会相应的下降，从而可以使冷端达到更低的温度，有助于提高对实验器皿的制冷效果和制冷速度，工作效率高，用户体验好。

进一步地，参考图1中所示，散热片322包括散热基板3221和设置在散热基板3221的下端面上的散热翅片3222，半导体制冷片31的下端面与散热基板3221的上端面接触。

其中，散热基板3221为金属散热基板，例如散热铝基板、散热铜基板、散热铁基板等，具有良好的导热性、电气绝缘性能和机械加工性能。由于半导体制冷片31的下端面与散热基板3221的上端面接触，因此，散热基板3221可以将半导体制冷片31上的热量导出，热传导性非常好，散热效果好，有助于提高半导体制冷片31的使用寿命。

另外，散热翅片3222可以是钢铝复合型翅片等金属翅片，散热翅片3222为多个，多个散热翅片3222间隔设置在散热基板3221的下端面上，且沿朝向远离散热基板3221的方向延伸；散热翅片3222增大了与壳体内空气的接触面积，从而可以强化散热基板3221的传热性能，有助于半导体制冷片31的热量及时排出。

进一步地，壳体1包括盒体12和盖体11，盒体12和盖体11共同形成用于容置控制器2、控温结构3以及温度传感器的容置腔；盒体12的侧壁上设置有散热孔121，以使容置腔内的热量通过散热孔121排出至容置腔外部。盖体11上设置有与导热板4相匹配的避让孔111，盖体11盖设在盒体12上时，导热板4贯穿避让孔111，以使导热板4的上端面即承载面41与盖体11的上表面平齐，方便操作。

具体实现时，在盒体12的侧壁上可以间隔设置有多个散热孔121，多个散热孔121可沿盒体12的周向间隔排布，优选的，在盒体12相对设置的两个侧壁上均设置有散热孔121，如此设计，可以加快容置腔内的热量排出。其中，散热孔121可以是矩形孔、圆形孔、菱形孔等。

作为一种可选的实施方式，壳体1可以仅包括盒体12，盒体12包括顶部开口的容置腔。

在本实施例中，参考图1和图2中所示，盖体11上设置有与控制器2电连接的显示屏112和控制按钮113。其中，显示屏112用于显示导热板4的温度，直观大方，便于观察，以将具体的温度数值与观察到的实验现象进行定量关联，有助于促进生物实验研究的进展。另外，控制按钮113用于设定预设温度，结构简单，方便操作。

进一步地，本公开提供的用于生物研究的控温装置还包括电源模块，电源模块用于为控制器2供电。

具体实现时，电源模块可以是电池，例如设置在壳体内的锂电池5。当然，电源模块也可以是与本公开提供的控温装置的外接电源线连接的外接电源。

在有外接电源的情况下，将本公开提供的控温装置的外接电源线与外接电源连通，从而通过外接电源为控制器2供电。在无外接电源或者外接电源断电的情况下，可以使用锂电池5为控制器2供电，结构简单，使用方便，适用性高，用户体验好。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于生物研究的控温装置，其特征在于，包括壳体(1)以及设置在所述壳体(1)内的控制器(2)、控温结构(3)和温度传感器；

所述控温结构(3)和所述温度传感器均与所述控制器(2)电连接，所述控温结构(3)的上端面设置有用于传递热量的导热板(4)，所述导热板(4)的上端面用于放置实验器皿，所述温度传感器用于采集所述导热板(4)的温度，所述控制器(2)用于根据所述温度传感器采集到的温度控制所述控温结构(3)工作，所述控温结构(3)用于调整所述导热板(4)的温度，以使与所述导热板(4)接触的所述实验器皿的温度升高或降低至预设温度。

2.根据权利要求1所述的用于生物研究的控温装置，其特征在于，所述控温结构(3)包括半导体制冷片(31)和散热结构(32)；

所述半导体制冷片(31)与所述控制器(2)电连接，所述导热板(4)的下端面与所述半导体制冷片(31)的上端面接触；所述控制器(2)用于控制所述半导体制冷片(31)的工作状态，以改变所述半导体制冷片(31)的上端面的温度；

所述散热结构(32)与所述控制器(2)电连接，所述散热结构(32)设置在所述半导体制冷片(31)的下端面，所述散热结构(32)用于对所述半导体制冷片(31)进行散热。

3.根据权利要求2所述的用于生物研究的控温装置，其特征在于，所述导热板(4)的外缘与所述半导体制冷片(31)的上端面的外缘平齐。

4.根据权利要求3所述的用于生物研究的控温装置，其特征在于，所述半导体制冷片(31)为多个，多个所述半导体制冷片(31)拼接在一起，且多个所述半导体制冷片(31)位于同一平面上。

5.根据权利要求2所述的用于生物研究的控温装置，其特征在于，所述半导体制冷片(31)的外表面上包覆有导热层。

6.根据权利要求2所述的用于生物研究的控温装置，其特征在于，所述散热结构(32)包括散热风扇(321)和散热片(322)，所述散热风扇(321)和所述散热片(322)靠近所述半导体制冷片(31)的下端面处设置。

7.根据权利要求6所述的用于生物研究的控温装置，其特征在于，所述散热片(322)包括散热基板(3221)和设置在所述散热基板(3221)的下端面上的散热翅片(3222)，所述半导体制冷片(31)的下端面与所述散热基板(3221)的上端面接触。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于生物研究的控温装置，其特征在于，所述壳体(1)包括盒体(12)和盖体(11)，所述盒体(12)和所述盖体(11)共同形成用于容置所述控制器(2)、所述控温结构(3)以及所述温度传感器的容置腔；

所述盒体(12)的侧壁上设置有散热孔(121)，所述盖体(11)上设置有与所述导热板(4)相匹配的避让孔(111)，所述盖体(11)盖设在所述盒体(12)上时，所述导热板(4)贯穿所述避让孔(111)，以使所述导热板(4)的上端面与所述盖体(11)的上表面平齐。

9.根据权利要求8所述的用于生物研究的控温装置，其特征在于，所述盖体(11)上设置有与所述控制器(2)电连接的显示屏(112)和控制按钮(113)；

所述显示屏(112)用于显示所述导热板(4)的温度，所述控制按钮(113)用于设定所述预设温度。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的用于生物研究的控温装置，其特征在于，所述用于生物研究的控温装置还包括电源模块，所述电源模块用于为所述控制器(2)供电。

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