CN117286025A - 用于pcr仪的控温单元 - Google Patents
用于pcr仪的控温单元 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117286025A CN117286025A CN202311176815.0A CN202311176815A CN117286025A CN 117286025 A CN117286025 A CN 117286025A CN 202311176815 A CN202311176815 A CN 202311176815A CN 117286025 A CN117286025 A CN 117286025A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- heating
- control unit
- temperature control
- temperature
- duct
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 108
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 84
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 33
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 15
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 abstract description 9
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 11
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 4
- 238000003752 polymerase chain reaction Methods 0.000 description 4
- 102000016928 DNA-directed DNA polymerase Human genes 0.000 description 3
- 108010014303 DNA-directed DNA polymerase Proteins 0.000 description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 208000026350 Inborn Genetic disease Diseases 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000004925 denaturation Methods 0.000 description 2
- 230000036425 denaturation Effects 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 208000016361 genetic disease Diseases 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 2
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 2
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 2
- 229920001342 Bakelite® Polymers 0.000 description 1
- 208000035473 Communicable disease Diseases 0.000 description 1
- 230000004544 DNA amplification Effects 0.000 description 1
- 230000004543 DNA replication Effects 0.000 description 1
- 238000012408 PCR amplification Methods 0.000 description 1
- 238000012300 Sequence Analysis Methods 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000004637 bakelite Substances 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000010367 cloning Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000010359 gene isolation Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 238000004153 renaturation Methods 0.000 description 1
- 230000010076 replication Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
- C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
- C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
- C12Q1/6844—Nucleic acid amplification reactions
- C12Q1/686—Polymerase chain reaction [PCR]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
- B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Immunology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)
Abstract
本发明提供一种用于PCR仪的控温单元(100),所述控温单元(100)包括:变温元件(27),被配置为能够在加热模式和制冷模式之间切换;制热制冷管盘(19),用于容纳PCR管,所述制热制冷管盘(19)设置在变温元件(27)的一侧,并且被配置为在变温元件(27)的作用下升温或降温;散热器(16),设置在变温元件(27)的背离制热制冷管盘(19)的一侧;涵道(24),设置在散热器(16)的一侧;以及风扇,所述风扇设置在涵道(24)的流体流动路径上。本发明的用于PCR仪的控温单元能够实现更快速的温度升降,减小PCR实验时间。
Description
技术领域
本发明涉及生物工程或医疗器械技术领域,尤其涉及PCR仪器领域,具体地,涉及一种用于PCR仪的控温单元。
背景技术
聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)是一种大量扩增特定DNA片段的体外合成放大技术,它可被看作是生物体外的特殊DNA复制,在DNA聚合酶催化下,以母链DNA为模板,以特定引物为延伸起点,通过变性、退火、延伸等步骤,体外复制出与母链模板DNA互补的子链DNA。PCR技术被广泛用于遗传疾病的诊断与检验、基因分离克隆、序列分析、基因表达调控、基因多态性研究等许多方面。
PCR仪又称PCR扩增仪、PCR基因扩增仪、PCR核酸扩增仪、聚合酶链反应核酸扩增仪等等,它是利用PCR技术对特定DNA扩增的一种仪器设备,被广泛运用于医学、生物学实验室中,例如用于判断检体中是否会表现某遗传疾病的图谱、传染病的诊断、基因复制以及亲子鉴定等。聚合酶链式反应的原理是:DNA在体外高温时发生变性形成单链,低温时引物与单链按碱基互补配对的原则结合,再调温度至DNA聚合酶最适反应温度,DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖的方向合成互补链。因此,PCR技术和PCR仪必须依赖于升降温系统实现反复的加热和冷却,使反应在变性温度、复性温度、延伸温度之间反复变换。
PCR仪的工作原理决定了它的发展趋势是提高升降温的速率,以使仪器能够快速升温、快速降温以缩短PCR实验时间,提高实验效率。现有的PCR仪的升降温速率仍不够理想。
发明内容
本发明的目的在于至少部分地克服现有技术的缺陷,提供一种用于PCR仪的控温单元。
本发明的目的还在于提供一种用于PCR仪的控温单元,实现更快速的温度升降。
本发明的目的还在于提供一种用于PCR仪的控温单元,减小PCR实验时间。
为达到上述目的或目的之一,本发明的技术解决方案如下:
一种用于PCR仪的控温单元,所述控温单元包括:
变温元件,被配置为能够在加热模式和制冷模式之间切换;
制热制冷管盘,用于容纳PCR管,所述制热制冷管盘设置在变温元件的一侧,并且被配置为在变温元件的作用下升温或降温;
散热器,设置在变温元件的背离制热制冷管盘的一侧;
涵道,设置在散热器的一侧;以及
风扇,所述风扇设置在涵道的流体流动路径上。
根据本发明的一个优选实施例,所述风扇包括送风风扇和排风风扇,所述送风风扇设置在散热器的背离涵道的一侧上,所述排风风扇设置在涵道的出口侧上。
根据本发明的一个优选实施例,所述控温单元还包括风扇罩,所述风扇罩罩设在送风风扇的外侧,所述风扇罩上设置有进气格栅,所述进气格栅被配置为使进入风扇罩的进气的流动方向与水平面形成非零角度。
根据本发明的一个优选实施例,在变温元件和制热制冷管盘之间设置有石墨片;和/或
在变温元件和散热器之间设置有石墨片。
根据本发明的一个优选实施例,所述制热制冷管盘包括:
导热底板;
至少一个管座,设置在导热底板上;以及
温度传感器。
根据本发明的一个优选实施例,所述控温单元还包括压固元件,设置在制热制冷管盘的导热底板上,用于使制热制冷管盘相对于变温元件固定;
在所述压固元件和制热制冷管盘之间设置有隔热元件。
根据本发明的一个优选实施例,所述隔热元件为隔热垫;或者
所述隔热元件为隔热柱,并且所述隔热柱的形状被配置为使得接触制热制冷管盘的一侧的隔热柱的面积相对于隔热柱的其他部分的水平截面缩小。
根据本发明的一个优选实施例,所述压固元件包括两个压条,两个压条分别位于管座的两侧并压在导热底板上;或者
所述压固元件包括一体的压环,所述压环围绕在管座的外周并压在导热底板上。
根据本发明的一个优选实施例,所述涵道包括:
设置在涵道的入口侧的第一水平段;
设置在涵道的出口侧的第二水平段,所述第二水平段在竖直高度上的位置与第一水平段在竖直高度上的位置不同;以及
曲面过渡段,设置在第一水平段和第二水平段之间。
根据本发明的一个优选实施例,所述散热器为齿形散热器。
本发明的用于PCR仪的控温单元主要由变温元件、制热制冷管盘、散热器、涵道和风扇组成,制热制冷管盘、变温元件、散热器顺次相接,当变温元件工作在加热模式下时给制热制冷管盘加热升温,当需要降温时,变温元件工作在制冷模式下,在制冷模式下,热量从制热制冷管盘经由变温元件传递给散热器,涵道和风扇设置在散热器附近,加速散热器的散热,风扇被设计为包括两组风扇,一组送风风扇设置在散热器的背离涵道的一侧上,一组排风风扇设置在涵道的出口侧上,送风风扇向后吹风,把散热器的热量向后吹入涵道,排风风扇把热量从涵道抽走,排出涵道外。经由这样设计的控温单元能够实现PCR管的快速温升和温降,能够有效减小PCR实验时间。
位于前侧的送风风扇安装在特定形状的风扇罩内,风扇罩被设计为可以引导进入风扇罩的进气的流动方向,使其与水平面形成大致45度的夹角,进风把散热器的热量向后吹向涵道,本发明的涵道经过科学的结构设计,它构成双折线的形式,即包括不同水平高度上的第一水平段和第二水平段以及连接它们的曲面过渡段,这样形状和结构的涵道是经过多次流体仿真优化而获得,能够将使多余热量快速排出,提高了整体系统的升降温速率。
本发明的变温元件和制热制冷管盘经过了结构优化,在变温元件的上侧和下侧与制热制冷管盘和散热器接触之处均安装了石墨片,可以实现快速传递热量,石墨片作为一种导热散热材料,沿两个方向均匀导热,具有优秀的导热系数,比金属的导热还好,通过增加石墨片可以保证变温元件的热量快速均匀地传递给制热制冷管盘(和PCR管)。其中,制热制冷管盘也做了结构优化,结构设计更合理,它由导热底板和多个管座构成,管座位于导热底板的中线附近沿纵向排列,制热制冷管盘上设置有高灵敏度的温度传感器,保证实时获取制热制冷管盘的温度并反馈给系统,方便快速控制。
在本发明的用于PCR仪的控温单元中,制热制冷管盘通过压固元件相对于变温元件固定,一个方案是通过压条来固定,一个方案是通过压环来固定,制热制冷管盘通过压固元件来紧固,压固元件与制热制冷管盘之间有特定的隔热材料,防止升温过程中热量传递给压固元件,减少此处的热传递损失,提高升温速率。有利地,压固元件采用隔热柱,隔热柱为倒锥台形或半球形或环形,使得隔热柱与制热制冷管盘的接触面积最小,这样传递的热量更少,最大化热传递损失。
本发明通过一系列合理的设置实现了更快速的温度升降,减小了PCR实验时间。
附图说明
图1为根据本发明的实施例的用于PCR仪的控温单元的立体图;
图2为图1所示的用于PCR仪的控温单元的局部剖切图;
图3为图1所示的用于PCR仪的控温单元的俯视图;
图4为图1所示的用于PCR仪的控温单元的右视图;
图5示出了根据本发明的实施例的用于PCR仪的控温单元的局部,主要包括风扇罩、散热器、制热制冷管盘;
图6为图5所示的局部元件的左视图;
图7为图5所示的局部元件的俯视图;
图8为图5所示的局部元件的俯视图,其中压固元件和印刷电路板上的电元件被去除;
图9为根据本发明的另一个实施例的局部元件的俯视图,与图7相对应,其中压固元件为两个压条;
图10为图5所示的局部元件的截面图;
图11为根据本发明的实施例的用于PCR仪的控温单元的涵道的立体图;
图12为根据本发明的实施例的用于PCR仪的控温单元的散热器的正视图;
图13为图12所示的散热器的侧视图;
图14为根据本发明的实施例的用于PCR仪的控温单元的风扇罩的正视图;
图15为根据本发明的实施例的用于PCR仪的控温单元的制热制冷管盘的立体图;
图16为图15所示的制热制冷管盘的俯视图;
图17为控温单元中具有涵道的风速模拟图;
图18为控温单元中不具有涵道的风速模拟图;
图19为控温单元中具有涵道的等温线图;
图20为控温单元中不具有涵道的等温线图。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的示例性的实施例,其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。另外,在下面的详细描述中,为便于解释,阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地,一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下,公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
根据本发明的总体构思,提供了一种用于PCR仪的控温单元,所述控温单元包括:变温元件,被配置为能够在加热模式和制冷模式之间切换;制热制冷管盘,用于容纳PCR管,所述制热制冷管盘设置在变温元件的一侧,并且被配置为在变温元件的作用下升温或降温;散热器,设置在变温元件的背离制热制冷管盘的一侧;涵道,设置在散热器的一侧;以及风扇,所述风扇设置在涵道的流体流动路径上。
下面结合附图详细描述本发明的用于PCR仪的控温单元的具体实施例,如图所示,控温单元100主要包括风扇罩11、风扇、散热器16、压固元件18、制热制冷管盘19、印刷电路板22、涵道24、变温元件27、石墨片32等,散热器16作为基础承载元件,部分元件是直接固定在散热器16上的,散热器16通过支撑组件17支撑、连接在PCR仪的其他部分上,此外,散热器16上还设置有转接组件15,用于与PCR仪的升降系统连接,以实现散热器16的位置改变。支撑组件17、转接组件15与本发明的创新点无关,不对它们做具体介绍。散热器16为齿形散热器,包括并排的多个翅片,散热器16的上方依次为变温元件27和制热制冷管盘19,变温元件27呈板形,在图示实施例中,提供了两个变温元件27,它们并置地固定在散热器16上,如图10所示,在本发明中,变温元件优选地选用热电制冷器(Thermo Electric Cooler,TEC),它具有加热和制冷功能,可以在加热模式和制冷模式之间切换。
制热制冷管盘19用于容纳PCR管,所述制热制冷管盘19设置在变温元件27的上侧,并且被配置为在变温元件27的作用下升温或降温,以使PCR管升温或降温,参见图15、16,制热制冷管盘19包括:导热底板41;八个管座42,居中地设置在导热底板41上,形成一排,相邻管座42之间的距离彼此相同,在进行PCR实验时,PCR管容纳在管座42中;以及温度传感器44。导热底板41为长方形的板,图示的实施例中示出的为八个管座42,但是本发明并不限于此,管座42的数量可以根据需要进行改变,管座42也不限于一排,可以为多排,形成矩阵型管座。有利地,热制冷管盘19由铝6063-T5制成,但热制冷管盘19不限于由铝材料制成,上述设计的热制冷管盘19结构上加热面积大,升温快,而现有技术的加热面积小,升温较慢。
通常地,PCR管为联管,制热制冷管盘19的管座42根据联管设计。温度传感器44优选地设置在导热底板41上,当然它也可以设置在管座42上,温度传感器44用于感测制热制冷管盘19的温度,并反馈给控制系统,以便迅速地使变温元件27根据制热制冷管盘19的温度作出响应。在导热底板41上的左侧的四个管座42和右侧的四个管座42之间具有镂空部43,通过镂空部43能够较好地保证管座42之间的温度均衡。在导热底板41上还设置有定位孔45,方便安装制热制冷管盘19时进行定位。
有利地,在变温元件27和制热制冷管盘19之间设置有石墨片32;并且在变温元件27和散热器16之间设置有石墨片32,如图10所示。压固元件18设置在制热制冷管盘19的导热底板41上,用于使制热制冷管盘19相对于变温元件27固定,在一个具体实施例中,压固元件18通过四个固定螺栓28螺固在散热器16的上表面上,从而将变温元件27、石墨片32、制热制冷管盘19紧紧地固定在散热器16上。
作为一个实施例,所述压固元件18为一体的压环,如图3、7所示,所述压环围绕在管座42的外周并压在导热底板41上,替代地,所述压固元件18也可以包括两个压条,如图9所示,两个压条分别位于管座42的两侧并压在导热底板41上。
在所述压固元件18和制热制冷管盘19之间设置有隔热元件26,这是因为压固元件18与制热制冷管盘19直接接触会在接触处形成热传递,导致制热制冷管盘19的热量散失,影响升温速度,通过使用隔热材料将它们分开,并借助隔热材料的隔热性阻止这种热传递。隔热元件可以选用耐高温的电木、玻纤板、PC、PCB等导热差寿命好的塑料或其他材料,但本发明的隔热元件不限于此,优选地使用玻纤板。
作为一个实施例,所述隔热元件26为隔热垫,隔热垫呈长方体形状,数量为四个,间隔地分布在压固元件18的下方,如图8所示。有利地,所述隔热元件26可以为隔热柱,并且所述隔热柱的形状被配置为使得接触制热制冷管盘19的一侧的隔热柱的面积相对于隔热柱的其他部分的水平截面缩小,例如隔热柱呈半球形或倒锥台形或环形。这样设计的隔热柱由于与制热制冷管盘19接触的面积缩小,所以隔热效果更好。
参考图1等可见,在制热制冷管盘19和压固元件18的外侧有一圈围挡21,围挡21把制热制冷管盘19和压固元件18包围,围挡21的作用在于使制热制冷管盘19被相对封闭住,从而减少了制热制冷管盘19与外界的热交换,特别是能够避免风扇吹入涵道的风影响制热制冷管盘19的升温。
散热器16上还附接着印刷电路板22,印刷电路板22上包含有众多电元件,包括电控接口23、风扇接口20等,用于提供电力和控制信号。前述制热制冷管盘19的温度传感器44通过第一传感器引线29引出,有利地,变温元件27上也设置温度传感器(图中未示出),它通过第二传感器引线30引出。
本发明中的风扇包括两组,分为送风风扇12和排风风扇25,所述送风风扇12设置在散热器16的背离涵道24的一侧上,所述排风风扇25设置在涵道24的出口侧34上,送风风扇12固定在散热器16的一侧上,排风风扇25直接固定在涵道24的框架上。在具体实施例中,送风风扇12和排风风扇25又分别由两个风扇构成。风扇罩11罩设在送风风扇12的外侧,所述风扇罩11上设置有进气格栅13,所述进气格栅13被配置为使进入风扇罩11的进气的流动方向与水平面形成非零角度,优选地,进气格栅13形成的进风口倾斜45度,防止风扇风影响加热,有利于保温,减少试剂凝露,参见图1、图6,清晰地示出了风扇罩11的结构,风扇罩11为一罩壳,罩壳上设置有三排进气格栅13中间的进气格栅13相对于两侧的进气格栅13向外突出,这是为了匹配罩壳内侧的结构,风扇罩11的两侧各有一个安装部14,安装部14与转接组件15和散热器16连接,其中,散热器16上具有螺栓孔38,安装部14和转接组件15分别具有连接孔,利用螺栓将它们螺固在一起。如图14所示,风扇罩11的下侧、进气格栅13的下侧设置有入口槽39,允许空气从底侧进入风扇中,风扇罩11上还具有多组固定部40,均是为了方便风扇罩11的固定连接而用,通过固定件31可将风扇罩11固定。
下面介绍涵道24,涵道24设置在散热器16的一侧,所述涵道24包括:设置在涵道24的入口侧33的第一水平段35;设置在涵道24的出口侧34的第二水平段36,所述第二水平段36在竖直高度上的位置与第一水平段35在竖直高度上的位置不同;以及曲面过渡段37,设置在第一水平段35和第二水平段36之间。在涵道24的外侧设置有安装凸耳,在涵道24的出口侧34设置有框架,用于安装排风风扇25。
涵道的形状和结构经过了多次流体仿真优化,图17、图18分别为在控温单元中设置涵道和不设置的风速模拟图,对设置涵道和不设置涵道进行了比较,从图中可以看出了增加如图所示的涵道的好处。在含有涵道的控温单元中,送风风扇直接对准涵道,所以送风风扇在涵道前部向涵道内吹风,排风风扇将涵道内的风排出,由于有涵道的存在,可以看出风是在涵道内有序进出(参见图17),整个涵道内部没有风乱流,而且由于涉及到的风的空间小,有序进出,所以风速更快。而在不含涵道的风速模拟图中,由于没有特殊涵道设计,整个结构内部都是风流,风流集中在风扇进出口处,并且由于空间较大,同样的条件下,风速低于含有涵道的结构,而且风更加无序,容易形成乱流,影响散热效果。
图19、图20分别为控温单元中具有涵道和不具有涵道的等温线图,通过它们可以进行降温的比较,综上对比,增加涵道风速增加27%左右,在同样的时间内制热制冷管盘的温度低21%左右。
下表说明了相同的测试条件,其中一个结构有涵道,一个结构没有涵道,测试的齿形散热器的升降温速率和制热制冷管盘升降温速率,其中,测试条件为:制热制冷管盘从30℃升温到95℃,变温元件的加热功率200W,降温从95℃降到30℃,变温元件的降温功率200W,散热器前后都有一组风扇,风扇转速1470转/分。
有涵道 | 无涵道 | |
齿形散热器升温速率℃/秒 | 0.27 | 0.3 |
齿形散热器降温速率℃/秒 | 0.2 | 0.16 |
制热制冷管盘升温速率℃/秒 | 12 | 12 |
制热制冷管盘降温速率℃/秒 | 10 | 8 |
综上,有涵道的结构齿形散热器的降温速率快,制热制冷管盘的降温速率快。
本发明的用于PCR仪的控温单元主要由变温元件、制热制冷管盘、散热器、涵道和风扇组成,制热制冷管盘、变温元件、散热器顺次相接,当变温元件工作在加热模式下时给制热制冷管盘加热升温,当需要降温时,变温元件工作在制冷模式下,在制冷模式下,热量从制热制冷管盘经由变温元件传递给散热器,涵道和风扇设置在散热器附近,加速散热器的散热,风扇被设计为包括两组风扇,一组送风风扇设置在散热器的背离涵道的一侧上,一组排风风扇设置在涵道的出口侧上,送风风扇向后吹风,把散热器的热量向后吹入涵道,排风风扇把热量从涵道抽走,排出涵道外。经由这样设计的控温单元能够实现PCR管的快速温升和温降,能够有效减小PCR实验时间。
位于前侧的送风风扇安装在特定形状的风扇罩内,风扇罩被设计为可以引导进入风扇罩的进气的流动方向,使其与水平面形成大致45度的夹角,进风把散热器的热量向后吹向涵道,本发明的涵道经过科学的结构设计,它构成双折线的形式,即包括不同水平高度上的第一水平段和第二水平段以及连接它们的曲面过渡段,这样形状和结构的涵道是经过多次流体仿真优化而获得,能够将使多余热量快速排出,提高了整体系统的升降温速率。
本发明的变温元件和制热制冷管盘经过了结构优化,在变温元件的上侧和下侧与制热制冷管盘和散热器接触之处均安装了石墨片,可以实现快速传递热量,石墨片作为一种导热散热材料,沿两个方向均匀导热,具有优秀的导热系数,比金属的导热还好,通过增加石墨片可以保证变温元件的热量快速均匀地传递给制热制冷管盘(和PCR管)。其中,制热制冷管盘也做了结构优化,结构设计更合理,它由导热底板和多个管座构成,管座位于导热底板的中线附近沿纵向排列,制热制冷管盘上设置有高灵敏度的温度传感器,保证实时获取制热制冷管盘的温度并反馈给系统,方便快速控制。
在本发明的用于PCR仪的控温单元中,制热制冷管盘通过压固元件相对于变温元件固定,一个方案是通过压条来固定,一个方案是通过压环来固定,制热制冷管盘通过压固元件来紧固,压固元件与制热制冷管盘之间有特定的隔热材料,防止升温过程中热量传递给压固元件,减少此处的热传递损失,提高升温速率。有利地,压固元件采用隔热柱,隔热柱为倒锥台形或半球形或环形,使得隔热柱与制热制冷管盘的接触面积最小,这样传递的热量更少,最大化热传递损失。
本发明通过一系列合理的设置实现了更快速的温度升降,减小了PCR实验时间。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本发明的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。
附图标记列表:
100控温单元
11风扇罩
12送风风扇
13进气格栅
14安装部
15转接组件
16散热器
17支撑组件
18压固元件
19制热制冷管盘
20风扇接口
21围挡
22印刷电路板
23电控接口
24涵道
25排风风扇
26隔热元件
27变温元件
28固定螺栓
29第一传感器引线
30第二传感器引线
31固定件
32石墨片
33入口侧
34出口侧
35第一水平段
36第二水平段
37曲面过渡段
38螺栓孔
39入口槽
40固定部
41导热底板
42管座
43镂空部
44温度传感器
45定位孔。
Claims (10)
1.一种用于PCR仪的控温单元(100),其特征在于,所述控温单元(100)包括:
变温元件(27),被配置为能够在加热模式和制冷模式之间切换;
制热制冷管盘(19),用于容纳PCR管,所述制热制冷管盘(19)设置在变温元件(27)的一侧,并且被配置为在变温元件(27)的作用下升温或降温;
散热器(16),设置在变温元件(27)的背离制热制冷管盘(19)的一侧;
涵道(24),设置在散热器(16)的一侧;以及
风扇,所述风扇设置在涵道(24)的流体流动路径上。
2.根据权利要求1所述的用于PCR仪的控温单元(100),其特征在于:
所述风扇包括送风风扇(12)和排风风扇(25),所述送风风扇(12)设置在散热器(16)的背离涵道(24)的一侧上,所述排风风扇(25)设置在涵道(24)的出口侧(34)上。
3.根据权利要求2所述的用于PCR仪的控温单元(100),其特征在于:
所述控温单元(100)还包括风扇罩(11),所述风扇罩(11)罩设在送风风扇(12)的外侧,所述风扇罩(11)上设置有进气格栅(13),所述进气格栅(13)被配置为使进入风扇罩(11)的进气的流动方向与水平面形成非零角度。
4.根据权利要求1所述的用于PCR仪的控温单元(100),其特征在于:
在变温元件(27)和制热制冷管盘(19)之间设置有石墨片(32);和/或
在变温元件(27)和散热器(16)之间设置有石墨片(32)。
5.根据权利要求1所述的用于PCR仪的控温单元(100),其特征在于,所述制热制冷管盘(19)包括:
导热底板(41);
至少一个管座(42),设置在导热底板(41)上;以及
温度传感器(44)。
6.根据权利要求5所述的用于PCR仪的控温单元(100),其特征在于:
所述控温单元(100)还包括压固元件(18),设置在制热制冷管盘(19)的导热底板(41)上,用于使制热制冷管盘(19)相对于变温元件(27)固定;
在所述压固元件(18)和制热制冷管盘(19)之间设置有隔热元件(26)。
7.根据权利要求6所述的用于PCR仪的控温单元(100),其特征在于:
所述隔热元件(26)为隔热垫;或者
所述隔热元件(26)为隔热柱,并且所述隔热柱的形状被配置为使得接触制热制冷管盘(19)的一侧的隔热柱的面积相对于隔热柱的其他部分的水平截面缩小。
8.根据权利要求6所述的用于PCR仪的控温单元(100),其特征在于:
所述压固元件(18)包括两个压条,两个压条分别位于管座(42)的两侧并压在导热底板(41)上;或者
所述压固元件(18)包括一体的压环,所述压环围绕在管座(42)的外周并压在导热底板(41)上。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的用于PCR仪的控温单元(100),其特征在于,所述涵道(24)包括:
设置在涵道(24)的入口侧(33)的第一水平段(35);
设置在涵道(24)的出口侧(34)的第二水平段(36),所述第二水平段(36)在竖直高度上的位置与第一水平段(35)在竖直高度上的位置不同;以及
曲面过渡段(37),设置在第一水平段(35)和第二水平段(36)之间。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的用于PCR仪的控温单元(100),其特征在于:
所述散热器(16)为齿形散热器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311176815.0A CN117286025B (zh) | 2023-09-13 | 2023-09-13 | 用于pcr仪的控温单元 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311176815.0A CN117286025B (zh) | 2023-09-13 | 2023-09-13 | 用于pcr仪的控温单元 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117286025A true CN117286025A (zh) | 2023-12-26 |
CN117286025B CN117286025B (zh) | 2024-07-19 |
Family
ID=89243579
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311176815.0A Active CN117286025B (zh) | 2023-09-13 | 2023-09-13 | 用于pcr仪的控温单元 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117286025B (zh) |
Citations (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050282266A1 (en) * | 2004-06-21 | 2005-12-22 | Chun-Nan Teng | Polymerase chain reactor |
CN201635803U (zh) * | 2009-11-17 | 2010-11-17 | 河南宜和城保装备科技实业有限公司 | 排风降噪系统 |
CN108456640A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-08-28 | 南京岚煜生物科技有限公司 | 用于全自动核酸提取扩增诊断一体机的pcr模块 |
CN113203131A (zh) * | 2020-02-01 | 2021-08-03 | 广东美的制冷设备有限公司 | 窗式空调器 |
CN214090087U (zh) * | 2020-12-23 | 2021-08-31 | 徐州徐工矿业机械有限公司 | 一种大型挖掘机动力舱散热降温装置及大型挖掘机 |
CN215757372U (zh) * | 2020-08-07 | 2022-02-08 | 生命科技控股私人有限公司 | 用于热循环仪的冷却系统和热循环仪 |
CN215799593U (zh) * | 2021-09-29 | 2022-02-11 | 无锡百泰克生物技术有限公司 | Pcr仪温控模块、温控系统 |
US20220065545A1 (en) * | 2020-08-31 | 2022-03-03 | Nidec Chaun-Choung Technology Corporation | Heat conduction member |
CN216144225U (zh) * | 2021-08-12 | 2022-03-29 | 大唐移动通信设备有限公司 | 热管及散热器结构 |
CN217077617U (zh) * | 2021-12-28 | 2022-07-29 | 无锡科智达科技有限公司 | 一种适用于医用荧光定量pcr的变温装置 |
CN115074236A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-09-20 | 鲲鹏基因(北京)科技有限责任公司 | 用于pcr仪的温控装置、扩增设备和pcr仪 |
CN116103143A (zh) * | 2023-02-10 | 2023-05-12 | 深圳市锦瑞生物科技股份有限公司 | 一种pcr基座和pcr仪 |
CN219117422U (zh) * | 2022-12-31 | 2023-06-02 | 苏州合惠生物科技有限公司 | 一种核酸扩增装置 |
CN219146025U (zh) * | 2022-12-22 | 2023-06-06 | 耐优生物技术(上海)有限公司 | 一种散热通道、散热组件及生物样本恒温装置 |
CN116731842A (zh) * | 2023-07-25 | 2023-09-12 | 北京博奥晶典生物技术有限公司 | 反应池装置及pcr仪器 |
CN117025387A (zh) * | 2023-09-25 | 2023-11-10 | 艾普拜生物科技(苏州)有限公司 | 一种pcr仪 |
-
2023
- 2023-09-13 CN CN202311176815.0A patent/CN117286025B/zh active Active
Patent Citations (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20050282266A1 (en) * | 2004-06-21 | 2005-12-22 | Chun-Nan Teng | Polymerase chain reactor |
CN201635803U (zh) * | 2009-11-17 | 2010-11-17 | 河南宜和城保装备科技实业有限公司 | 排风降噪系统 |
CN108456640A (zh) * | 2018-05-24 | 2018-08-28 | 南京岚煜生物科技有限公司 | 用于全自动核酸提取扩增诊断一体机的pcr模块 |
CN113203131A (zh) * | 2020-02-01 | 2021-08-03 | 广东美的制冷设备有限公司 | 窗式空调器 |
CN215757372U (zh) * | 2020-08-07 | 2022-02-08 | 生命科技控股私人有限公司 | 用于热循环仪的冷却系统和热循环仪 |
US20220065545A1 (en) * | 2020-08-31 | 2022-03-03 | Nidec Chaun-Choung Technology Corporation | Heat conduction member |
CN214090087U (zh) * | 2020-12-23 | 2021-08-31 | 徐州徐工矿业机械有限公司 | 一种大型挖掘机动力舱散热降温装置及大型挖掘机 |
CN216144225U (zh) * | 2021-08-12 | 2022-03-29 | 大唐移动通信设备有限公司 | 热管及散热器结构 |
CN215799593U (zh) * | 2021-09-29 | 2022-02-11 | 无锡百泰克生物技术有限公司 | Pcr仪温控模块、温控系统 |
CN217077617U (zh) * | 2021-12-28 | 2022-07-29 | 无锡科智达科技有限公司 | 一种适用于医用荧光定量pcr的变温装置 |
CN115074236A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-09-20 | 鲲鹏基因(北京)科技有限责任公司 | 用于pcr仪的温控装置、扩增设备和pcr仪 |
CN219146025U (zh) * | 2022-12-22 | 2023-06-06 | 耐优生物技术(上海)有限公司 | 一种散热通道、散热组件及生物样本恒温装置 |
CN219117422U (zh) * | 2022-12-31 | 2023-06-02 | 苏州合惠生物科技有限公司 | 一种核酸扩增装置 |
CN116103143A (zh) * | 2023-02-10 | 2023-05-12 | 深圳市锦瑞生物科技股份有限公司 | 一种pcr基座和pcr仪 |
CN116731842A (zh) * | 2023-07-25 | 2023-09-12 | 北京博奥晶典生物技术有限公司 | 反应池装置及pcr仪器 |
CN117025387A (zh) * | 2023-09-25 | 2023-11-10 | 艾普拜生物科技(苏州)有限公司 | 一种pcr仪 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN117286025B (zh) | 2024-07-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6657169B2 (en) | Apparatus for thermally cycling samples of biological material with substantial temperature uniformity | |
CN111269823B (zh) | 热循环装置及pcr仪 | |
CN103189141A (zh) | 热循环器 | |
US7670834B2 (en) | Gas thermal cycler | |
CN101610658A (zh) | 散热装置 | |
RU2012122226A (ru) | Устройство для кондиционирования воздуха помещений, а также агрегат теплового насоса для применения в таком устройстве | |
CN110804540B (zh) | 微流控的温控系统及核酸分析系统 | |
CN117286025B (zh) | 用于pcr仪的控温单元 | |
CN109210824B (zh) | 模块化循环制冷装置及其循环制冷方法 | |
CN214361534U (zh) | 一种真空高压气淬炉 | |
CN116731842A (zh) | 反应池装置及pcr仪器 | |
CN219117422U (zh) | 一种核酸扩增装置 | |
CN112642501A (zh) | 一种用于生物化学反应的热学三维立体均温舱模块 | |
CN211546546U (zh) | 模块结构以及具有该模块结构的基因扩增设备 | |
CN215953379U (zh) | 冷气循环系统、承载组件及分析仪 | |
KR102375991B1 (ko) | 분자 진단용 핵산 증폭장치 | |
CN216162109U (zh) | 激光器冷却装置及激光器设备 | |
CN214830257U (zh) | 基因扩增设备 | |
CN221217802U (zh) | 一种核酸扩增反应温控装置及核酸扩增仪 | |
CN218451029U (zh) | 一种联合散热装置及核酸检测设备 | |
CN220467974U (zh) | 反应池装置及pcr仪器 | |
CN210834927U (zh) | 孵育装置 | |
CN219608852U (zh) | 一种柱温箱 | |
CN113316352B (zh) | 一种pcr检测器的散热结构及散热方法 | |
CN217844486U (zh) | 一种恒温装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |