CN115218590B - 磁热和液冷复合的自控温装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种磁热和液冷复合的自控温装置及其制造方法，磁热和液冷复合的自控温装置包括：多个自控温元件(2)，所述自控温元件(2)包括自控温热源(22)，所述自控温热源(22)包括磁性纳米粒子和水凝胶，所述磁性纳米粒子分散在所述水凝胶中，所述磁性纳米粒子能够在交变磁场中产生热量；以及热场底板(1)，所述热场底板(1)设置有多个安装槽(11)，所述自控温元件(2)设置于所述安装槽(11)中，所述安装槽(11)的周围设置有液冷通道(12)，所述液冷通道(12)用于供冷却介质通过。

Description

磁热和液冷复合的自控温装置及其制造方法

技术领域

本申请属于医学和生物工程领域，特别涉及一种磁热和液冷复合的自控温装置及其制造方法。

背景技术

温度(热)基于比较底层的热力学机制，对整个生命科学、材料化学等多个领域，多个尺度有着广泛而深远的影响。对于生命体来说，温度能明显地影响变温动物和恒温动物的寿命，温度过高或者过低都会影响机体内能量代谢、氧化还原水平、免疫功能和热量限制。

现阶段的产热手段包括电流通过电阻元件的焦耳热以及“珀尔贴元件”来进行加热，控温可以通过布置多个温度传感器进行不间断的实时监测并利用比例积分法对加热功率实时进行负反馈调整，以及集成微处理器来控制温度。

在分子生物学领域，通过电热手段加热集成度和通量最高的手段是聚和酶链反应扩增仪(简称PCR仪)。然而较先进的PCR仪的通量具有12个独立控温模块，且只针对分子生物学中的96孔或384孔的锥形底的孔板。PCR仪一般只用于基因和核酸扩增，不兼容细胞生物学中平底的多种规格的孔板(例如96孔板、48孔板、24孔板)，无法为细胞、细菌创建高通量的热微环境。

因此，建立一种可用于体内外高通量、时空可控的研究热生物学效应与机理的新方法和新技术是亟待解决的难题。

磁感应加热是一种非接触式的加热，交变磁场具有穿透性强，不受空间、介质限制的优点，且能够通过磁介质对特定的区域进行精准的加热，目前体内外应用最多的磁热介质是以Fe₃O₄为代表的磁性纳米粒子，磁性纳米粒子根据其粒径的大小等在中高频交变的磁场中通过磁滞损耗和弛豫损耗将电磁能转化为热能进行产热。然而磁性纳米粒子在磁场中的比吸收率(产热率)的温度依赖性导致其受到周围热场的影响，无法在特定的区域设计高通量和集成式的可控热板。此外当磁性纳米粒子加热到接近其居里温度附近时，会从铁磁相转化为顺磁相从而渐渐停止产热，这样导致在实际的实验中磁性纳米粒子作为热源在特定的结构中进行传热时达到稳态温度所需的时间较长。

发明内容

本申请旨在提出一种磁热和液冷复合的自控温装置，以解决精准自控温的高通量热影响筛选的问题。

本申请还提出一种磁热和液冷复合的自控温装置的制造方法。

本申请的实施方式提出一种磁热和液冷复合的自控温装置，包括：

多个自控温元件，所述自控温元件包括自控温热源，所述自控温热源包括磁性纳米粒子和水凝胶，所述磁性纳米粒子分散在所述水凝胶中，所述磁性纳米粒子能够在交变磁场中产生热量；以及

热场底板，所述热场底板设置有多个安装槽，所述自控温元件设置于所述安装槽中，所述安装槽的周围设置有液冷通道，所述液冷通道用于供冷却介质通过。

在至少一个可能的实施方式中，多个所述安装槽中至少部分的相邻的所述安装槽被所述液冷通道隔开。

在至少一个可能的实施方式中，所述液冷通道设置有多条，多条所述液冷通道相互独立。

在至少一个可能的实施方式中，所述液冷通道设置有入口和出口，所述入口的位置低于所述出口的位置。

在至少一个可能的实施方式中，所述多个自控温元件包括具有不同质量浓度和/或不同种类的磁性纳米粒子的所述自控温元件。

在至少一个可能的实施方式中，所述多个自控温元件均能够可拆卸地安装于所述热场底板的不同安装槽，使所述多个自控温元件能够自由地组合。

在至少一个可能的实施方式中，所述磁热和液冷复合的自控温装置还包括管道、制冷设备和泵，所述管道连接于所述入口和所述出口，所述液冷通道、所述制冷设备和所述泵通过所述管道串联。

本申请还提出一种磁热和液冷复合的自控温装置的制造方法，包括：

提供热场底板，所述热场底板具有安装槽和包围所述安装槽的液冷通道，

提供自控温元件装载结构，其中，使用基材形成具有开口的壳体，

提供自控温热源，将磁性纳米粒子和水凝胶混合并装入所述自控温元件装载结构，然后通过游离基引发、光引发或化学引发使所述磁性纳米粒子和所述水凝胶的混合物由流动态变为胶态，自控温热源胶体成型于所述自控温元件装载结构形成所述自控温元件。

在至少一个可能的实施方式中，还包括：

测量所述自控温热源的产热能力和热耗散率，获得磁性水凝胶的质量浓度和温度场的对应关系。

在至少一个可能的实施方式中，还包括：

将磁热和液冷复合的自控温装置和加热目标安装，然后，对加热目标测量标定温升数据。

通过采用上述技术方案，使多个自控温元件形成阵列，并且通过磁热和液冷复合的方式控温，可以较快的达到稳态温度，利于提高实验效率，并且可以实现高通量的控温。

附图说明

图1示出了根据本申请的实施方式的磁热和液冷复合的自控温装置的结构示意图。

图2示出了根据本申请的实施方式的磁热和液冷复合的自控温装置的热场底板的结构示意图。

图3示出了根据本申请的实施方式的磁热和液冷复合的自控温装置的局部放大图。

图4和图5示出了根据本申请的实施方式的磁热和液冷复合的自控温装置的热场底板的局部剖视图。

图6示出了根据本申请的实施方式的磁热和液冷复合的自控温装置的自控温元件装载结构的结构示意图。

图7示出了根据本申请的实施方式的磁热和液冷复合的自控温装置的传热层的结构示意图。

图8示出了根据本申请的实施方式的磁热和液冷复合的自控温装置和细胞培养孔板的示意图。

图9示出了根据本申请的实施方式的磁热和液冷复合的自控温装置的自控温元件在不同温度下的比损失率。

图10示出了根据本申请的实施方式的磁热和液冷复合的自控温装置的结构示意图。

图11示出了根据本申请的实施方式的磁热和液冷复合的自控温装置的标定稳态温度示意图。

图12示出了根据本申请的实施方式的磁热和液冷复合的自控温装置的一个自控温热源的温升曲线。

图13示出了根据本申请的另一实施方式的磁热和液冷复合的自控温装置的结构示意图。

图14示出了根据本申请的另一实施方式的磁热和液冷复合的自控温装置的标定稳态温度示意图。

附图标记说明

100磁热和液冷复合的自控温装置 200细胞培养孔板 300管道

1热场底板 11安装槽 12液冷通道 121入口 122出口

2自控温元件 21自控温元件装载结构 22自控温热源

23传热层 231下传热层 232中传热层 233上传热层

具体实施方式

为了更加清楚地阐述本申请的上述目的、特征和优点，在该部分结合附图详细说明本申请的具体实施方式。除了在本部分描述的各个实施方式以外，本申请还能够通过其他不同的方式来实施，在不违背本申请精神的情况下，本领域技术人员可以做相应的改进、变形和替换，因此本申请不受该部分公开的具体实施例的限制。本申请的保护范围应以权利要求为准。

如图1至图7所示，本申请的实施方式提出一种磁热和液冷复合的自控温装置100，磁热和液冷复合的自控温装置100包括热场底板1和多个自控温元件2，多个自控温元件2能够拆卸地连接于热场底板1。

磁热是一种通过空间非接触式磁感应实现加热方法，空间非接触式磁感应加热是一种利用穿透性强，不受空间和介质限制的交变磁场对磁响应介质所在的特定区域进行精准加热的加热方法。磁性纳米粒子是形状可控、稳定性好、分散性好的一类纳米粒子，在中高频交变磁场下，铁磁相磁性纳米粒子可以根据粒径尺寸的不同通过磁滞损耗、奈尔弛豫以及布朗弛豫进行产热，产热速率可以通过调整磁性纳米粒子的种类和浓度进行调整。

多个自控温元件2可以具有不同的发热量，根据实际需要，具有不同发热量的自控温元件2可以自由排列地安装于热场底板1，组成阵列。例如每行自控温元件2的发热量可以相同(可以存在一定误差)，每列自控温元件2的发热量可以梯度变化。通过将具有不同发热量的多个自控温元件2自由组合地安装于热场底板1，可以灵活、简便的改变磁热和液冷复合的自控温装置100的发热模式，从而适应多种不同的实验要求。

如图6和图7所示，自控温元件2可以包括自控温元件装载结构21、自控温热源22和传热层23。

自控温元件装载结构21可以为一端开口的圆筒状壳体，自控温热源22装载于自控温元件装载结构21的圆筒内。

自控温热源22包括磁性纳米粒子和水凝胶(或称为分散体系)，分散体系可以作为磁性纳米粒子的稳定分散的载体。

磁性纳米粒子可以是由锌、钴元素掺杂占位的尖晶石铁氧体，其居里温度可以为59.6℃。

居里温度(磁性转变点)是磁性纳米粒子的固有特性，当磁性纳米粒子的温度高于其本身的居里温度时，铁磁相的磁性纳米粒子会瞬间转变为顺磁相的磁相纳米粒子，此时磁性纳米粒子对交变的磁场不再有磁热响应。通过磁性纳米粒子的居里温度可以利用产热介质本身的物理相变属性进行自控温，具有磁性纳米粒子的自控温热源22有利于集成简易的、高通量的磁热和液冷复合的自控温装置。

水凝胶可以是温度敏感水凝胶，该水凝胶在室温下是液体流动态，在温度升高到37℃以上时会迅速成胶转变为凝固的胶体状态，使磁性纳米粒子分散在水凝胶的胶体中。具体的，水凝胶可以包括壳聚糖、β-甘油磷酸钠和透明质酸钠。

可以理解，上述具体实施方式选用的磁性纳米粒子和水凝胶仅是一种示例，在其他可能的实施方式中，磁性纳米粒子和水凝胶均可以使用其他种类，例如水凝胶还可以是离子交联的海藻酸钠。其他种类的水凝胶也可以使用包括游离基引发、光引发或化学引发的方法使水凝胶凝固为胶体。

自控温热源22可以填充自控温元件装载结构21的大部分空间，在自控温热源22上层还可以设置有环氧胶来进行密封，环氧胶在固化前具有流动性，可以保持表面平整。进一步的，环氧胶中可以添加导热剂，导热剂例如是陶瓷导热纳米颗粒。

如图7所示，传热层23包括下传热层231、中传热层232和上传热层233。下传热层231位于传热层23的下部，中传热层232位于下传热层231的上侧，上传热层233位于中传热层232的上侧。

可以理解，出于便于描述和理解的目的，这里的“上”、“中”、“下”是以图1、2、6等的磁热和液冷复合的自控温装置100或自控温元件2的姿态为基准的，本申请不限制磁热和液冷复合的自控温装置100或自控温元件2的使用方向或姿态。

下传热层231可以和自控温热源22上层的环氧胶接触，下传热层231的面积可以小于中传热层232的面积以及上传热层233的面积，下传热层231的边缘不接触自控温元件装载结构21，避免下传热层231的温度受环境影响。下传热层231可以是圆形的片状，下传热层231可以是柔性的硅脂传热垫。

中传热层232可以是矩形的片状，中传热层232可以是陶瓷，陶瓷具有较好的热均一性，陶瓷片的中心部分和边缘部分可以具有相同的温度。中传热层232和后述的安装槽11的侧壁之间缝隙较小，从而降低空气热阻，有利于传热。

上传热层233可以是圆形的片状，上传热层233可以是柔性的硅脂传热垫。上传热层233的面积可以大于下传热层231的面积，使上传热层233可以对应于细胞培养孔板200的孔的下方，从而加热培养液。

如图2至图5所示，热场底板1可以为例如矩形，热场底板1的底部可以设置有多个用于容纳自控温元件2的安装槽11，例如安装槽11可以设置有12行、8列，一共96个安装槽11。热场底板1的安装槽11数量和排列方式可以与被控温的细胞培养孔板200相同。

如图4和图5所示，热场底板1设置有液冷通道12，液冷通道12可以环绕于安装槽11周围，由于相邻的自控温元件2之间具有液冷通道12，相邻的自控温元件2即使产热能力相差较大，它们之间温度的相互影响也较小。通过冷却介质在液冷通道12的循环流动可以带走相邻的自控温元件2之间多余的热，减少相邻的自控温元件2的温度相互影响，可以提高磁热和液冷复合的自控温装置100的温控精度。

在交变磁场中，磁性纳米粒子在温度较低时可以快速升高温度，而温度接近居里温度时候温度升高的较缓慢，通过液冷的方式可以降低自控温元件2的稳态温度，使稳态温度并未达到居里温度，从而使自控温元件2较快达到稳态温度，利于提高实验效率。在使用磁热和液冷复合的自控温装置100时，自控温元件2仅达到稳态温度，由于液冷的影响不再达到居里温度。

液冷通道12可以设置有多条，多条液冷通道12可以相互独立，例如液冷通道12可以设置有8条，每条液冷通道12可以流经12个安装槽11。这样可以独立地控制不同液冷通道12内冷却介质的流速，对同一磁热和液冷复合的自控温装置100可以差异化地调节液冷效果。

液冷通道12的两端可以分别设置有入口121和出口122，入口121和出口122可以位于热场底板1的相反的两侧。在磁热和液冷复合的自控温装置100水平放置状态下，入口121的位置可以低于出口122的位置。从而冷却介质从位置较低的入口121流入液冷通道12，从位置较高的出口122流出液冷通道12，可以使冷却介质完全充满液冷通道12，并且使冷却介质在慢速流动下形成稳定的层流。

管道300可以分别连接于入口121和出口122，液冷通道12、泵和制冷设备通过管道300串联安装。泵可以是蠕动泵，制冷设备可以是低温槽。

通过使用制冷设备达到较低的温度，使磁热和液冷复合的自控温装置100对例如细胞培养孔板200的被控温件干预温度时，不仅可以被加热，还可以冷却。冷却介质可以是水或醇类物质，醇类物质在较低的温度下可以保持液态。

如图8所示，磁热和液冷复合的自控温装置100可以置于被控温件的下方，例如被控温件可以是96孔的细胞培养孔板。通过将磁热和液冷复合的自控温装置100和细胞培养孔板200置于交变磁场中对细胞培养孔板200干预温度。本申请对于细胞培养孔板200的孔数不作限定，可以是96孔、48孔、24孔等。本申请的磁热和液冷复合的自控温装置100可以配合细胞培养孔板200的孔数，尤其适合于高通量的孔板温度干预，高通量是指可以一次对细胞培养孔板的不同孔进行独立的温度干预。

磁热和液冷复合的自控温装置的优点包括：

(1)磁热和液冷复合的自控温装置100通过多个自控温元件形成阵列可以实现高通量的控温。

(2)磁热和液冷复合的自控温装置100既可以用于加热，也可以用于制冷。

(3)磁热和液冷复合的自控温装置100可以较快的达到稳态温度，利于提高实验效率，并且温控精度较高。

本申请的实施方式还提出一种磁热和液冷复合的自控温装置的制造方法，其包括以下步骤。

S1、制备热场底板和自控温元件装载结构

热场底板1和自控温元件装载结构21可以通过对塑料例如机加工等减材制造的方式制备。

在其他可能的实施方式中，自控温元件装载结构21也可以采用硅胶翻模的方式进行制备。

在其他可能的实施方式中，热场底板1和自控温元件装载结构21可以通过增材制造制成，例如可以选择耐高温的树脂基材通过光固化3D打印的方式制备热场底板1和自控温元件装载结构21。可选的，利用化学抛光的方法去除3D打印后在构件的表面形成的打印纹，使构件的表面更加光滑，易于后续装配。

S2、制备自控温热源

自控温热源22包括磁性纳米粒子和水凝胶，分别制备磁性纳米粒子和水凝胶。

S2.1、制备磁性纳米粒子

由锌和钴元素掺杂的占位的尖晶石铁氧体，通过热重分析(TGA)测试来测量所制备的磁性纳米粒子的磁性参数以及固有居里温度，本实施方式的磁性纳米粒子居里温度为59.6℃。

S2.2、制备水凝胶

配置具有流固可相变定型粘结的水凝胶，水凝胶可以是温敏水凝胶，例如取用一定质量的壳聚糖和冰醋酸加入一定量的去离子水，并通过磁力搅拌器混合至溶液清澈均匀。

S2.3、制备磁性水凝胶

将制备完成的磁性纳米粒子用精密天平称量后加入到一定量的一定浓度的甘油磷酸钠溶液，用超声将其分散均匀，之后加入到已配置好的壳聚糖和冰醋酸混合液，配置成浓度为5mg/ml至60mg/ml的液态磁性水凝胶。达到37℃时液态磁性水凝胶从流动态转变为胶态。

利用真空抽气泵排出磁性水凝胶中的气泡，利用点胶机将已配置好不同浓度的磁性水凝胶分别装入自控温元件装载结构21，并将其加热至37℃以上，例如放入37℃以上的电烘箱，使流动态的磁性水凝胶变成凝固态的胶体来保持磁性纳米粒子在胶体中的长期原位稳定性和分散性。

S3、获得磁性水凝胶的质量浓度和温度场的对应关系

S3.1、测量自控温热源的产热能力

将自控温热源22和外界隔绝，例如将自控温热源22放置进真空管内，并且真空管放在可以水循环的双层玻璃杯中，通过循环水的温度调节环境温度。将它们放入中高频的交变磁场中，调整输入交变磁场大小和频率，例如交变磁场大小为400奥斯特(Oe)，频率为100千赫兹(KHz)。

光纤温度传感器插入自控温热源22可以实时监测温度曲线，通过温度曲线利用下式可以计算得到磁性水凝胶在交变磁场下的产热能力。

其中，Q表示MHG单位体积下所释放的热通量，MHG表示的是每个磁性水凝胶域，C(MHG)表示磁性水凝胶的质量浓度，SLP表示实验测定的该磁性纳米粒子配置成磁性水凝胶MHG热源的比损失率(热耗散率)，c_MHG表示磁性水凝胶的比热容，m_MHG表示磁性水凝胶的质量，m_MNPs表示磁性纳米粒子的质量，dT/dt表示温度对时间的一阶导数，T_MHG＝T_环境表示MHG的温度等于环境温度。

S3.2、测量磁性水凝胶的比损失率(热耗散率)

通过流固耦合-共轭传热有限元模拟磁性水凝胶的传热

1.首先根据自控温热源、液冷装置(强制对流)、细胞培养孔板200、培养液、双向耦合的自然对流空气域(设置为合适大小尺寸的长方体域)的联合体几何模型，然后采用四面体单元以及六面体单元对联合体进行结构化的网格划分。

2.输入所有材料的热物性参数(包括固体材料的密度，恒压热容，流体材料的密度、恒压热容、导热系数、比热率等)，然后对完整的几何和网格模型赋予多物理场耦合控制方程，对于热源域：

其中，MHG表示的是每个磁性水凝胶域，ρ_MHG表示磁性水凝胶的密度，

表示温度对时间的偏导数，K表示传热系数，▽表示矢量微分算符，C(MHG)表示磁性水凝胶的质量浓度，SLP表示实验测定的该磁性纳米粒子配置成磁性水凝胶MHG热源的比损失率(热耗散率)，c_MHG表示磁性水凝胶的比热容，m_MHG表示磁性水凝胶的质量，m_MNPs表示磁性纳米粒子的质量。

对于耦合传热的自然对流的空气域，传热以及流动控制方程(假定空气流动域为弱可压缩流体的层流)：

针对上述模型简化的纳斯-斯托克斯(Navier-Stokes)方程：

连续性方程：

其中，ρ_空气表示空气流场的密度，c_空气表示空气的比热容，T(r(x，y，z)，t)表示在笛卡尔坐标系下的某点的瞬时温度，▽表示矢量微分算符，u表示空气的流动场速度，p表示空气流场的压力，μ表示空气流场的动力黏度，g表示重力加速度，ρ表示空气流体场域的密度场。

D表示指倒数算子。

强制对流换热的液冷域视为不可压缩流体，我们这里做一下简化和假设：忽略液冷流体域的粘性效应，认为流体的密度是恒定的且无体积热源项，对于液冷的强制对流和传热控制方程：

其中，C_p表示液冷的冷却介质的比热容，

表示压力项，τ:S表示当流体密度与温度关联时由于粘性效应产生的热量。

上述模型中的其他的固体和流体域传热控制方程：

对模型设置合适的初始条件和边界条件，例如初始状态下为室温(20℃)，空气流初始动速度场为0m/s，空气边界层设置为虚拟的无穷远域，冷却介质在入口的流动速度设置为0.01m/s，在入口温度为20℃，出口默认压力补偿。整个模型的热沉边界条件-20℃。如图9所示，通过实验测出的磁性纳米粒子配置成磁性水凝胶的比损失率(热耗散率)，然后利用针对非线性偏微分方程组的牛顿-拉夫森(Newton-Raphson)迭代数值算法进行求解得出整个模型中所有网格点的热场时空的数据以及稳态的热场云图，有助于提前判断和标定实验温度场。

通过磁性水凝胶在交变磁场下的产热能力和比损失率可以获得磁性水凝胶的质量浓度和温度场的对应关系，有助于进行温度场稳态的标定。

S4、将自控温元件和热场底板连接组成阵列

自控温热源22放入自控温元件装载结构21，将传热层23粘结到自控温热源22的上表面，以降低磁热和液冷复合的自控温装置100向加热目标传热的热阻。根据实际需要，将多个自控温元件2和热场底板1连接组成阵列。将液冷通道12、泵和制冷设备通过管道300串联安装。

S5、对磁热和液冷复合的自控温装置的实验温度进行标定

S5-A

可以将自控温元件2按照如图10所示的热场的模式排列安装。每行安装槽11中的磁性纳米粒子的浓度相同，每列的各个安装槽11中的磁性纳米粒子的浓度梯度变化。例如A行的1至8列的浓度为60mg/ml，从A行至L行，每行的浓度可以逐渐递减5mg/ml，L行的1至8列的浓度为5mg/ml。

将磁热和液冷复合的自控温装置100和细胞培养孔板200装配在一起，磁热和液冷复合的自控温装置100可以位于细胞培养孔板200的下方。使细胞培养孔板200形成每行的加热温度相同，每列的加热温度梯度变化的加热模式。

将装在一起的磁热和液冷复合的自控温装置100和细胞培养孔板200放进交变磁场中，调整输入交变磁场大小和频率，例如交变磁场大小为400奥斯特(Oe)，频率为100千赫兹(KHz)。液冷通道12中冷却介质的流速为5mm/s，温度为20℃。

对细胞培养孔板200的目标孔的温升曲线进行全程监测和记录。例如使用光纤温度传感器插入细胞培养孔板200中所有目标孔的温升曲线进行全程监测和记录。这样就可以一次性标定磁热和液冷复合的自控温装置100在该热场模式下的时空温度数据和稳态温度数据。

如图11所示，本实施方式的中，温升达到稳态后，行方向的8个为孔恒温，列方向的12个孔从最高45℃到最低20℃形成温度梯度，行方向的8个孔的温度不均匀度可以小于1度。

如图12所示，在第J行第四列位置的孔，孔内培养液从20℃升温到达到稳态需要25-30分钟左右。

S5-B

改变自控温元件2的排列就可以组合成另一种恒温和梯度组合的高通量热场模式以及热场图案，例如将自控温元件2按照如图13所示的热场的模式排列安装。

本步骤将S5-A中的布置元件仅变换位置和排布模式，更改后如图13所示，图13中的同一个虚线框内的是磁性纳米粒子浓度相同的自控温元件。96孔板被分为12个区域，每个区域内的8个自控温元件2的磁性纳米粒子浓度相同。

如图14所示，分块区域的恒温性良好，重新达到温度稳态时间在25-30分钟左右，与S5-A中无区别。

S5-A到S5-B的自控温元件2排布变化体现了磁热和液冷复合的自控温装置100经过一次标定后无需负反馈调节装置，再次组合的自控温元件2依然有良好的精度。磁热和液冷复合的自控温装置100能够灵活地设计热场，热场分布模式可以自定义，具有较高的灵活性。

S5-A和S5-B仅示例出两种热场模式，本申请的磁热和液冷复合的自控温装置100通过改变自控温元件2的排列就可以组合成多种恒温和梯度组合的高通量热场模式以及热场图案。无需再次进行标定，也可以保证在新的热场模式以及热场图案中自控温元件保持较小的误差，例如误差小于1.5摄氏度。

磁热和液冷复合的自控温装置100可以高通量的、控制精确、任意组装的布置热场，能够完成多种自定义的高通量热生物学筛选实验。

虽使用上述实施方式对本申请进行了详细说明，但对于本领域技术人员来说，本申请显然并不限于在本说明书中说明的实施方式。本申请能够在不脱离由权利要求书所确定的本申请的主旨以及范围的前提下加以修改并作为变更实施方式加以实施。因此，本说明书中的记载以示例说明为目的，对于本申请并不具有任何限制性的含义。

Claims (10)

1.一种磁热和液冷复合的自控温装置，其特征在于，包括：

多个自控温元件(2)，所述自控温元件(2)包括自控温热源(22)，所述自控温热源(22)包括磁性纳米粒子和水凝胶，所述磁性纳米粒子分散在所述水凝胶中，所述磁性纳米粒子能够在交变磁场中产生热量；以及

热场底板(1)，所述热场底板(1)设置有多个安装槽(11)，所述自控温元件(2)设置于所述安装槽(11)中，所述安装槽(11)的周围设置有液冷通道(12)，所述液冷通道(12)用于供冷却介质通过。

2.根据权利要求1所述的磁热和液冷复合的自控温装置，其特征在于，多个所述安装槽(11)中至少部分的相邻的所述安装槽(11)被所述液冷通道(12)隔开。

3.根据权利要求1所述的磁热和液冷复合的自控温装置，其特征在于，所述液冷通道(12)设置有多条，多条所述液冷通道(12)相互独立。

4.根据权利要求1所述的磁热和液冷复合的自控温装置，其特征在于，所述液冷通道(12)设置有入口(121)和出口(122)，所述入口(121)的位置低于所述出口(122)的位置。

5.根据权利要求1所述的磁热和液冷复合的自控温装置，其特征在于，所述多个自控温元件(2)包括具有不同质量浓度和/或不同种类的磁性纳米粒子的所述自控温元件(2)。

6.根据权利要求1所述的磁热和液冷复合的自控温装置，其特征在于，所述多个自控温元件(2)均能够可拆卸地安装于所述热场底板(1)的不同安装槽(11)，使所述多个自控温元件(2)能够自由地组合。

7.根据权利要求4所述的磁热和液冷复合的自控温装置，其特征在于，所述磁热和液冷复合的自控温装置还包括管道(300)、制冷设备和泵，所述管道(300)连接于所述入口(121)和所述出口(122)，所述液冷通道(12)、所述制冷设备和所述泵通过所述管道(300)串联。

8.一种磁热和液冷复合的自控温装置的制造方法，其特征在于，包括：

提供热场底板(1)，所述热场底板(1)具有安装槽(11)和包围所述安装槽(11)的液冷通道(12)，

提供自控温元件装载结构(21)，其中，使用基材形成具有开口的壳体，

提供自控温热源(22)，将磁性纳米粒子和水凝胶混合并装入所述自控温元件装载结构(21)，然后通过游离基引发、光引发或化学引发使所述磁性纳米粒子和所述水凝胶的混合物由流动态变为胶态，自控温热源(22)胶体成型于所述自控温元件装载结构(21)形成自控温元件(2)。

9.根据权利要求8所述的磁热和液冷复合的自控温装置的制造方法，其特征在于，还包括：

测量所述自控温热源(22)的产热能力和热耗散率，获得磁性水凝胶的质量浓度和温度场的对应关系。

10.根据权利要求8所述的磁热和液冷复合的自控温装置的制造方法，其特征在于，还包括：

将磁热和液冷复合的自控温装置和加热目标安装，然后，对加热目标测量标定温升数据。

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