CN201942684U - 窄长型热循环块的温控单元及热循环仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于完成PCR反应和实时PCR，适用于热循环仪，具有荧光定量检测模块的热循环仪的温控部件，公开了一种窄长型热循环块的温控单元及热循环仪，包括窄长型热循环块，半导体制冷片和散热器，依自上而下的次序贴紧配合，窄长型热循环块上均匀分布有盲孔，半导体制冷片为两片或者两片以上，均匀分布在窄长型热循环块的下方。按照本实用新型的技术方案，显著改善了窄长型热循环块的温度均匀性。

Description

窄长型热循环块的温控单元及热循环仪

技术领域

本实用新型涉及一种用于完成PCR反应和实时PCR，适用于热循环仪，具有荧光定量检测模块的热循环仪的温控部件，尤其涉及一种窄长型热循环块的控温单元及热循环仪。

背景技术

热循环仪是反应物在指定的变性温度，复性温度和延伸温度之间自动循环的仪器。当含有DNA聚合酶，脱氧核苷三磷酸，模板DNA，镁离子等成分的反应物放入热循环仪中，经受变性，复性和延伸的温度循环后，可在短时间内将模板DNA扩增数百万倍，完成聚合酶链式反应（缩写PCR）。在反应物中加入荧光分子，包括DNA结合荧光染料和荧光标记的序列特异引物或探针，通过荧光信号的按比例增加来反映DNA量的增加，使PCR产物的实时检测成为可能。

一种典型的现在使用的热循环仪包括控制加热制冷的微机自动控制电路和由插放若干个试管（试管中盛放反应物）的X向和Y向对称的热循环块，既可加热，也可制冷的半导体制冷片，散热器自上而下依次紧贴装置于箱体内的变温总成。在热循环块上方设有压紧试管的压力盖，热循环块中埋有温度传感器，温度传感器的输出信号输入控制加热和制冷的微机自动控制电路。工作时，控制加热和制冷的微机自动控制电路按运行程序和来自温度传感器的信号控制半导体制冷片的电流大小和方向，使热循环块的温度按程序升温和降温，从而使放置于热循环块中试管内的反应物按PCR所需温度循环变化，完成DNA扩增。热循环仪配备专门的荧光检测模块，构成具有荧光定量检测模块的热循环仪，用于监测扩增时的荧光，检测到的荧光信号反映了每个循环扩增产物的量。

热循环块选用导热良好的材料经过加工成形制成所需的形状而成。热循环块下表面平整与半导体制冷片贴合，上表面成形有二维行列式矩阵分布的盲孔，盲孔形状与试管底部形状相贴合。符合ANSI/MBS标准的热循环块的盲孔中心间距为9毫米。16孔热循环块上16个盲孔按8乘2行列分布，一次可插放16个试管。热循环块上盲孔间最高温度与最低温度差称为温度均匀性，现有的热循环仪的温度均匀性一般小于正负摄氏0.5度。显然对热循环块来说，温度均匀性是最重要的指标，它越小越好。否则同一个装有反应物的试管插入热循环块上不同位置的盲孔，得到的实验结果不相同的话，显然是不允许的。

窄长型热循环块是指长度大于44毫米、小于100毫米，宽度小于18毫米的热循环块。由于窄长型热循环块底面的面积不大，用一片长宽与窄长型热循环块长宽相同的半导体制冷片而不是两片以上与之贴合来变温，可以降低成本和装配复杂性。但是这种结构存在窄长型热循环块中间部分与两端温差大的问题。尤其在高温，例如95度时，温度均匀性大于摄氏正负0.5度，甚至大于摄氏正负1度。阻碍了这种窄长型热循环块应用于热循环仪中。半导体制冷片加热时，一般都是从几何中心处最先热起，逐渐向四周扩散，存在温度梯度。当半导体制冷片长宽比例相差不大时，中心热量快速向四周扩散，导致中心与周边温差不大。对于长宽比例相差较大的窄长型半导体制冷片情况则不同。半导体制冷片中心部分热量只能向长度方向扩散，加上长度尺寸较大，扩散速率相对较慢，导致中心与两端温度差较大。半导体制冷片的热量传递给窄长型热循环块，窄长型热循环块存在同样问题，因此窄长型热循环块中心与两端温差更大。

在窄长型热循环块，半导体制冷片和散热器的贴合装配上，用一片半导体制冷片还会产生因无法避免两端固定的装配方法引起的温度不均匀问题。现有的方法采用在窄长型热循环块两端用螺丝或辅以压板的方式将窄长型热循环块和半导体制冷片紧固在散热器上。由于两端紧固条件完全一样很困难，加上窄长型半导体制冷片容易弯曲变形，导致两端贴合程度不同，产生温度变化不一致。总之，现有技术不适合窄长型热循环块的温度均匀性要求。

发明内容

本实用新型针对窄长型热循环块现有技术中温度分布不均匀的不足，提供了一种窄长型热循环块的控温单元，通过重新设计半导体制冷片和连接方式，由此产生新的控温方式以及新的窄长型热循环块结构和装配方法，显著地改善了窄长型热循环块的温度均匀性，使窄长型热循环块大量应用成为可能。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

窄长型热循环块的温控单元，包括窄长型热循环块，半导体制冷片和散热器，依自上而下的次序贴紧配合，窄长型热循环块的长度大于44毫米、小于100毫米，宽度小于18毫米。半导体制冷片为两片或者两片以上，均匀分布在窄长型热循环块的下方。半导体制冷片与窄长型热循环块底部贴合时，半导体制冷片尽可能大地覆盖窄长型热循环块的下表面。作为优选，两片半导体制冷片已能显著改善窄长型热循环块温度均匀性，使之小于摄氏正负0.5度，甚至摄氏正负0.3度，每片半导体制冷片宽度方向尺寸与窄长型热循环块底面宽度相同，两片半导体制冷片长度方向尺寸之和略小于窄长型热循环块底面长度。

作为优选，窄长型热循环块长度选择大于44毫米、小于100毫米。窄长型热循环块长度为44毫米、小于100毫米时，现有技术通常采用一片制冷片，但本实用新型针对一片制冷片时，温度分布不均匀的状况，采用两片或者两片以上制冷片的解决方案。特别是在两片半导体制冷片的情况下，可以保证半导体制冷片均与分布在热循环块的下方，且在两片半导体制冷片之间留有间隙，方便在热循环块中心位置安装紧固装置，紧固时受力均匀，避免两端紧固方法的缺陷。

作为优选，窄长型热循环块底面设有连接柱，散热器上对应连接柱设有通孔，连接柱穿过半导体制冷片之间的位置和散热器上的通孔，与紧固装置紧固连接。半导体制冷片通过窄长型热循环块和散热器夹紧，不接触任何紧固件。

作为优选，连接柱为螺柱，所述的紧固装置为螺母。

作为优选，窄长型热循环块上设有螺孔，散热器的设有通孔，还包括螺栓，螺栓穿过散热器的通孔和半导体制冷片之间的位置，与窄长型热循环块紧固连接。排列半导体制冷片的时候，中间留有空隙，使得螺栓穿过，而不接触半导体制冷片。

作为优选，窄长型热循环块上设有安装孔，散热器设有通孔或者螺纹孔，还包括螺栓，通过螺栓将窄长型热循环块、半导体制冷片和散热器紧固连接。

作为优选，窄长型热循环块上均匀分布有盲孔，盲孔用于配合试管等容器。所述窄长型热循环块的材料是导热金属或合金或导热非金属。如铝，铜，镁，银等及其合金，或如导热塑料，导热陶瓷，石墨等材料。

作为优选，所述窄长型热循环块与半导体制冷片相互接触的面，以及半导体制冷片与散热器相互接触的面上分别设有导热介质层例如导热硅脂等。使得窄长型热循环块受热和传热更加的均匀。

热循环仪，包括上述的窄长型热循环块的温控单元，还包括壳体、控制加热和制冷的控制电路和温度传感器，温度传感器埋入窄长型热循环块两端的槽孔中，控制电路分别经连接线与半导体制冷片和温度传感器连接，构成闭环回路。用于完成PCR反应和实时PCR反应，具有变温快速，变温和恒温均匀一致的优点。

作为优选，所述半导体制冷片是串联或并联在一起，通过温度传感器和闭环回路来调节；或者半导体制冷片独自分开通过各自的温度传感器和闭环回路单独调节；窄长型热循环块的温度通过调节半导体制冷片电流的大小与方向来控制。

作为优选，所述温度传感器为热敏电阻或铂金电阻或热电偶或半导体温度传感器。

按照本实用新型的技术方案，有利于改善窄长型热循环块温度变化的一致性，进一步改善整个窄长型热循环块的温度均匀性，使窄长型热循环块的温度按程序升温和降温，从而使放置于窄长型热循环块中试管内的反应物按PCR所需温度循环变化，完成DNA扩增。

附图说明

图1为窄长型热循环块和半导体制冷片的结构示意图。

图2为本实用新型的实施例1示意图。

图3为本实用新型的实施例2示意图。

图4为本实用新型的实施例3示意图。

图5为本实用新型的实施例4示意图。

1-窄长型热循环块；2-半导体制冷片；3-散热器；4-紧固装置；5-温度传感器；6-控制电路；7-连接线；8-试管；9-壳体；11-盲孔；12-连接柱；13-槽孔；14-螺孔；15-安装孔；31-通孔；41-螺母；42-螺栓。

具体实施方式

下面结合附图1至5与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

参见附图1和附图2，窄长型热循环块的温控单元，包括窄长型热循环块1，半导体制冷片2和散热器3，依自上而下的次序将窄长型热循环块1，半导体制冷片2与散热器3贴紧配合；窄长型热循环块1上均匀分布有盲孔11。半导体制冷片2为两片，均匀分布在窄长型热循环块1的下方；窄长型热循环块1底面的中心位置设有连接柱12，散热器3的基板对应连接柱12设有通孔31，连接柱12穿过半导体制冷片2之间的位置空隙和散热器3的基板通孔31与紧固装置4紧固连接。所述连接柱12为螺柱，紧固装置4为螺母。

窄长型热循环块1与半导体制冷片2相互接触的面，以及半导体制冷片2与散热器3相互接触的面上分别设有导热介质层，例如导热硅脂等。使得受热和传热更加的均匀。

窄长型热循环块1的材料是导热金属或合金或导热非金属，如铝，铜，镁，银等及其合金，或如导热塑料，导热陶瓷，石墨等材料。窄长型热循环块1的长度大于44毫米、小于100毫米，宽度小于18毫米。半导体制冷片2为两片时，已能显著改善窄长型热循环块温度均匀性，使之小于摄氏正负0.5度，甚至摄氏正负0.3度。半导体制冷片2通过窄长型热循环块1和散热器3夹紧，不接触任何紧固件，使得半导体制冷片2不会因为长期局部受力而发生变形，导致损坏。半导体制冷片2与窄长型热循环块1底部贴合时，半导体制冷片2宽度方向尺寸与窄长型热循环块1底面宽度相同，两片半导体制冷片2长度方向尺寸之和略小于窄长型热循环块1底面长度。排列半导体制冷片2的时候，中间留有空隙，使得连接柱12穿过，而不接触半导体制冷片2，使得半导体制冷片2不会因为长期局部受力而发生变形，导致损坏。

实施例2

参见附图1和3，窄长型热循环块的温控单元，包括窄长型热循环块1，半导体制冷片2和散热器3，依自上而下的次序将窄长型热循环块1，半导体制冷片2与散热器3贴紧配合；窄长型热循环块1上均匀分布有盲孔11。半导体制冷片2为两片，均匀分布在窄长型热循环块1的下方；窄长型热循环块1底面的中心位置设有螺纹孔，用螺丝穿过散热器的基板通孔31和半导体制冷片2之间的位置空隙，和窄长型热循环块1紧固连接。

窄长型热循环块1与半导体制冷片2相互接触的面，以及半导体制冷片2与散热器3相互接触的面上分别设有导热介质层，例如导热硅脂等。使得受热和传热更加的均匀。

窄长型热循环块1的材料是导热金属或合金或导热非金属，如铝，铜，镁，银等及其合金，或如导热塑料，导热陶瓷，石墨等材料。窄长型热循环块1的长度大于44毫米、小于100毫米，宽度小于18毫米。半导体制冷片2为两片时，已能显著改善窄长型热循环块温度均匀性，使之小于摄氏正负0.5度，甚至摄氏正负0.3度。半导体制冷片2通过窄长型热循环块1和散热器3夹紧，不接触任何紧固件，使得半导体制冷片2不会因为长期局部受力而发生变形，导致损坏。半导体制冷片2与窄长型热循环块1底部贴合时，半导体制冷片2宽度方向尺寸与窄长型热循环块1底面宽度相同，两片半导体制冷片2长度方向尺寸之和略小于窄长型热循环块1底面长度。排列半导体制冷片2的时候，中间留有空隙，使得连接柱12穿过，而不接触半导体制冷片2，使得半导体制冷片2不会因为长期局部受力而发生变形，导致损坏。

实施例3

参见附图1和4，窄长型热循环块的温控单元，包括窄长型热循环块1，半导体制冷片2和散热器3，依自上而下的次序将窄长型热循环块1，半导体制冷片2与散热器3贴紧配合；窄长型热循环块1上均匀分布有盲孔11。半导体制冷片2为两片，均匀分布在窄长型热循环块1的下方；窄长型热循环块1上设有安装孔15，散热器3设有通孔31或者螺纹孔，还包括螺栓42，通过螺栓42将窄长型热循环块1、半导体制冷片2和散热器3紧固连接。

窄长型热循环块1与半导体制冷片2相互接触的面，以及半导体制冷片2与散热器3相互接触的面上分别设有导热介质层，例如导热硅脂等。使得受热和传热更加的均匀。

窄长型热循环块1的材料是导热金属或合金或导热非金属，如铝，铜，镁，银等及其合金，或如导热塑料，导热陶瓷，石墨等材料。窄长型热循环块1的长度大于44毫米、小于100毫米，宽度小于18毫米。半导体制冷片2为两片时，已能显著改善窄长型热循环块温度均匀性，使之小于摄氏正负0.5度，甚至摄氏正负0.3度。半导体制冷片2通过窄长型热循环块1和散热器3夹紧，不接触任何紧固件，使得半导体制冷片2不会因为长期局部受力而发生变形，导致损坏。半导体制冷片2与窄长型热循环块1底部贴合时，半导体制冷片2宽度方向尺寸与窄长型热循环块1底面宽度相同，两片半导体制冷片2长度方向尺寸之和略小于窄长型热循环块1底面长度。排列半导体制冷片2的时候，中间留有空隙，使得连接柱12穿过，而不接触半导体制冷片2，使得半导体制冷片2不会因为长期局部受力而发生变形，导致损坏。

在实施例1或实施例2或实施例3的基础上，半导体制冷片2可以设置两片以上。

实施例4

参见附图2和附图5，热循环仪，壳体9内部包括实施例1所描述的窄长型热循环块的温控单元，还包括控制加热和制冷的微机自动控制电路6和温度传感器5，温度传感器5埋入窄长型热循环块1两端的槽孔13中，微机自动控制电路6分别经连接线7与半导体制冷片2和温度传感器5连接，构成闭环回路。

在控制加热和制冷的微机自动控制电路6中，可以将两片半导体制冷片2串联在一起连接到控制加热和制冷的微机自动控制电路6构成一个闭合回路来调节电流大小和方向。控制加热和制冷的控制电路6通过连接线与一个温度传感器5和两个半导体制冷片2连接在一起。控制加热和制冷的微机自动控制电路6按照运行程序和来自温度传感器5的信号控制半导体制冷片2的电流大小和方向，使窄长型热循环块1的温度按程序升温和降温，从而使放置于窄长型热循环块1中试管8内的反应物按PCR所需温度循环变化，完成DNA扩增。

在控制加热和制冷的微机自动控制电路6中，可以将两片半导体制冷片2并联在一起连接到控制加热和制冷的微机自动控制电路6构成一个闭合回路来调节电流大小和方向。控制加热和制冷的控制电路6通过连接线与一个温度传感器5和两个半导体制冷片2连接在一起。控制加热和制冷的微机自动控制电路6按照运行程序和来自温度传感器5的信号控制半导体制冷片2的电流大小和方向，使窄长型热循环块1的温度按程序升温和降温，从而使放置于窄长型热循环块1中试管8内的反应物按PCR所需温度循环变化，完成DNA扩增。将上述一个或多个温控单元组成一台热循环仪或具有荧光检测模块的热循环仪的温控部件，用于完成PCR反应和实时PCR反应，具有变温快速，变温和恒温均匀一致的优点。

在实施例4的基础上，半导体制冷片2各自独立，不串联也不并联起来，分别和各自邻近的温度传感器5一起连接到控制加热和制冷的微机自动控制电路6内部构成各自独立的闭环回路，分别调节各自半导体制冷片2的电流大小和方向。通过各自的温度传感器5和闭环回路来调节，这样可以根据具体的需要来加热或者冷却半导体制冷片2，使得窄长型热循环块1上面对应的试管8处于温度一致的状态。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.窄长型热循环块的温控单元，包括窄长型热循环块（1），半导体制冷片（2）和散热器（3），依自上而下的次序配合，其特征在于：所述窄长型热循环块（1）的长度大于44毫米、小于100毫米，宽度小于18毫米，半导体制冷片（2）为两片或者两片以上，分布在窄长型热循环块（1）的下方。

2.根据权利要求1所述的窄长型热循环块的温控单元，其特征在于：所述窄长型热循环块（1）上设有连接柱（12），散热器（3）设有通孔（31），连接柱（12）穿过半导体制冷片（2）之间的位置和散热器（3）的通孔（31），与紧固装置（4）紧固连接。

3.根据权利要求2所述的窄长型热循环块的温控单元，其特征在于：连接柱（12）为螺柱，所述的紧固装置（4）为螺母（41）。

4.根据权利要求1所述的窄长型热循环块的温控单元，其特征在于：所述窄长型热循环块（1）上设有螺孔（14），散热器（3）设有通孔（31），还包括螺栓（42），螺栓（42）穿过散热器（3）的通孔（31）和半导体制冷片（2）之间的位置，与窄长型热循环块（1）的螺孔（14）紧固连接。

5.根据权利要求1所述的窄长型热循环块的温控单元，其特征在于：所述窄长型热循环块（1）上设有安装孔（15），散热器（3）设有通孔（31）或者螺纹孔，还包括螺栓（42），通过螺栓（42）将窄长型热循环块（1）、半导体制冷片（2）和散热器（3）紧固连接。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的窄长型热循环块的温控单元，其特征在于：所述窄长型热循环块（1）上均匀分布有盲孔（11）。

7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的窄长型热循环块的温控单元，其特征在于：所述窄长型热循环块（1）与半导体制冷片（2）相互接触的面，以及半导体制冷片（2）与散热器（3）相互接触的面上分别设有导热介质层。

8.热循环仪，其特征在于：包括权利要求1或2或3或4或5的窄长型热循环块的温控单元，还包括壳体（9）、控制加热和制冷的控制电路（6）和温度传感器（5），温度传感器（5）埋入窄长型热循环块（1）两端的槽孔（13）中，控制电路（6）分别经连接线（7）与半导体制冷片（2）和温度传感器（5）连接，构成闭环回路。

9.根据权利要求8所述的热循环仪，其特征在于：所述半导体制冷片（2）串联或并联，通过温度传感器（5）和闭环回路来调节；或者半导体制冷片（2）通过各自的温度传感器（5）和闭环回路单独调节；窄长型热循环块（1）的温度通过调节半导体制冷片（2）电流的大小与方向来实现。

10.根据权利要求8所述的热循环仪，其特征在于：所述温度传感器（5）为热敏电阻或铂金电阻或热电偶或半导体温度传感器。

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