CN204803316U - 聚合酶链式反应设备和用于该设备的温控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及生物医疗器械，具体提供一种聚合酶链式反应(PCR)设备和用于该设备的温控装置，旨在解决现有设备采用单一温控元件所导致的各种问题。为此目的，本实用新型的温控装置包括：金属基板，其设置在聚合酶链式反应设备的反应器下方并且与反应器以热传导方式接触，用于加热反应器；半导体制冷片，其设置在金属基板的下方并且与金属基板以热传导方式接触，用于冷却反应器；以及控制电路，其与金属基板和半导体制冷片都连通，用于控制金属基板和半导体制冷片的运行。由于使PCR设备的制热和制冷功能分离，本实用新型能够使控制电路变得简单、可靠，提高温控速率，使加热均匀，同时还避免了频繁换向对半导体制冷片的寿命影响。

Description

聚合酶链式反应设备和用于该设备的温控装置

技术领域

本实用新型涉及生物医疗器械，具体提供一种聚合酶链式反应(PCR)设备和用于该设备的温控装置。

背景技术

聚合酶链式反应(PCR)是一种在体外实现DNA复制过程的核酸快速扩增技术，广泛应用于现代医学和生物学领域。PCR是一个在热循环条件下的酶催化过程，通过高温变性、低温退火和适温延伸的循环运行，实现目标DNA片段快速扩增，所以快速且精确的温度循环控制装置是PCR仪的核心部件。普通的PCR仪通常采用单一的半导体制冷片，既用来制热又用来制冷。在现有半导体制冷片作为单一温控元件使用的过程中，存在着以下问题：(1)在控制电路中需要频繁换向，控制电路较复杂，同时也影响半导体制冷片的使用寿命；(2)半导体制冷片换向过程中，有延迟效应，影响温控效率；(3)常常存在制热和制冷功率不相匹配，造成温控过程中升降温速率不等的问题。

实用新型内容

本实用新型旨在解决上述将单一半导体制冷片同时作为制冷元件和制热元件导致的问题。为此目的，本实用新型提供一种用于聚合酶链式反应设备的温控装置，其特征在于包括：金属基板，其设置在所述聚合酶链式反应设备的反应器下方并且与所述反应器以热传导方式接触，用于加热所述反应器；半导体制冷片，其设置在所述金属基板的下方并且与所述金属基板以热传导方式接触，用于冷却所述反应器；以及控制电路，其与所述金属基板和所述半导体制冷片连通，用于控制所述金属基板和所述半导体制冷片的运行。

在上述温控装置的优选实施方式中，所述半导体制冷片通过热硅胶粘接到所述金属基板的底面上。

在上述温控装置的优选实施方式中，所述温控装置还包括预设在所述反应器内或集成在所述金属基板上的温度传感器，所述温度传感器与所述控制电路连通，用于将采集到的温度值发送给所述控制电路，以便使所述控制电路能够根据采集到的温度值对所述金属基板和所述半导体制冷片的功率进行闭环控制。

在上述温控装置的优选实施方式中，所述温控装置还包括设置在所述半导体制冷片下方的散热片。

在上述温控装置的优选实施方式中，所述温控装置还包括设置在所述散热片下方的风扇。

在上述温控装置的更优选的实施方式中，所述金属基板是铝基板。

在上述温控装置的更优选的实施方式中，所述铝基板的与所述反应器接触的一侧设置有铜箔线，作为加热电阻。

在上述温控装置的更优选的实施方式中，所述反应器是微流体的芯片或用于放置试管的反应槽或孔板。

根据本发明的另一个方面，提供一种聚合酶链式反应设备，该设备的特征在于包括前述任一种温控装置。

本领域技术人员容易理解的是，在采用具有上述结构的PCR温控装置的前提下，本实用新型能够使PCR设备的制热和制冷功能分离，使控制电路简单、可靠，提高温控速率，使加热均匀，同时还避免了频繁换向对半导体制冷片的寿命影响。此外，铝基加热板设计简单、灵活、参数可调，通过铝基板上走线密度等参数的调整，还可方便地设计成对反应器局部位置进行加热控制或功率调整。再者，铝基板上还可集成温度传感器，使得温度传感器的放置和布线连接更加方便可靠。

附图说明

图1是根据本实用新型的PCR温控装置的侧视结构图。

图2是图1中的PCR温控装置的铝基板的俯视放大图。

具体实施方式

下面将结合优选实施方式来描述本实用新型的技术方案。但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的技术方案显然不限于所述实施方式中的各种细节。在不偏离本实用新型的原理－即PCR加热和制冷元件独立设置的前提下，可以对所述实施方式作出各种改变，这些改变不需要付出任何创造性劳动，因此改变后的技术方案也将落入本实用新型的保护范围之内。

具体来说，如图1所示，本实用新型的用于PCR设备的温控装置包括控制电路1、温度传感器3、铝基板4、半导体制冷片5、散热片6和风扇7。铝基板4设置在PCR设备的反应器2的下方并且与反应器2以热传导方式接触，用于加热反应器2。反应器2可以是微流体的芯片或者是放置试管的反应槽/孔板。实际反应时，反应器2上方还需有相应的夹具或热盖。

半导体制冷片5设置在铝基板4的下方并且与铝基板4以热传导方式接触，用于冷却反应器2。铝基板4和半导体制冷片5之间用导热硅胶进行粘接。本领域技术人员容易理解的是，当半导体制冷片5对反应器2进行冷却时，铝基板4作为中间温度传导介质。半导体制冷片5可以是一个或多个半导体制冷片串联或并联而成。

温度传感器3预埋在反应器2内或集成在铝基板4上。控制电路1与温度传感器3、铝基板4和半导体制冷片5连通，用于根据从温度传感器3接收到的温度值对铝基板4和半导体制冷片5的功率进行闭环控制，实现精准控制。散热片6设置在半导体制冷片5的下方。风扇7设置在散热片6的下方。

接下来参阅图2，该图示出了图1中的PCR温控装置的铝基板的俯视放大图。如图所示，铝基板4的与反应器2接触的一侧设置有铜箔线8，作为加热电阻。附图标记9表示铜箔线8的接头。作为制热元件，铝基板4也可以是铜基板或其他导热好的其他基质板，其上印制的加热铜箔线可为蛇形或其他形状。

铝基板4的制热功率可根据铜箔线8的功率值计算，计算过程如下：电阻值计算公式为R＝ρL/(dh)(1)，其中ρ为电导率，L为线长，d为线宽，h为铜箔厚度。靶元面积：S≈L*kd(2)，k为线宽与线隙之和与线宽的比值。通过(2)和(1)，得R＝ρS/khd²(3)，功率计算为P＝I²R。

综上所述，本实用新型中所涉及的制热元件主要指印制有电阻层的铝PCB板，也可以是铜基板或其他具有良好导热性能的基质材料。在设计过程中，铝基板通过导热硅胶与半导体制冷片紧密贴合，两者结合达到制热和制冷的双重独立功能。铝基板上层设计的加热电阻层是大面积的铜箔线，铜箔线的线宽、线厚和总长度参数决定其制热功率，设计时可根据实际功率需求来调整上述参数。通过均匀布线，可保证其加热场的均匀性。铝基板的厚度可设计为1mm，甚至更薄，减小热容，这样能保证在半导体制冷片的制冷过程中快速散热。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于聚合酶链式反应设备的温控装置，其特征在于包括：

金属基板，其设置在所述聚合酶链式反应设备的反应器下方并且与所述反应器以热传导方式接触，用于加热所述反应器；

半导体制冷片，其设置在所述金属基板的下方并且与所述金属基板以热传导方式接触，用于冷却所述反应器；以及

控制电路，其与所述金属基板和所述半导体制冷片连通，用于控制所述金属基板和所述半导体制冷片的运行。

2.根据权利要求1所述的温控装置，其特征在于，所述半导体制冷片通过热硅胶粘接到所述金属基板的底面上。

3.根据权利要求2所述的温控装置，其特征在于还包括预设在所述反应器内或集成在所述金属基板上的温度传感器，所述温度传感器与所述控制电路连通，用于将采集到的温度值发送给所述控制电路，以便使所述控制电路能够根据采集到的温度值对所述金属基板和所述半导体制冷片的功率进行闭环控制。

4.根据权利要求3所述的温控装置，其特征在于还包括设置在所述半导体制冷片下方的散热片。

5.根据权利要求4所述的温控装置，其特征在于还包括设置在所述散热片下方的风扇。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的温控装置，其特征在于，所述金属基板是铝基板。

7.根据权利要求6所述的温控装置，其特征在于，所述铝基板的与所述反应器接触的一侧设置有铜箔线，作为加热电阻。

8.根据权利要求7所述的温控装置，其特征在于，所述反应器是微流体的芯片或用于放置试管的反应槽或孔板。

9.一种聚合酶链式反应设备，其特征在于包括根据权利要求1至8中任一项所述的温控装置。