CN211669077U - 一种基于tec的免疫荧光poct仪器温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统，包括温控壳体、试纸托架、控制模块、驱动模块、荧光检测模块及温控模块，所述温控壳体由导热材料制成，所述温控模块用于控制温控壳体的温度，所述温控壳体上开设有温控腔体，所述试纸托架可来回动作设于温控腔体内，所述试纸托架上开设有试纸槽，所述温控壳体上还开设有检测通孔，所述荧光检测模块安装于安装于与检测通孔对应的位置以对试纸槽上的试纸检测。本实用新型提出一种体积较小、质量较轻的温度控制结构，且与检测系统结合在仪器，在不影响仪器小巧、轻便的特性下，实现仪器内置温控系统，有效减小温度对检测结果的影响。

Description

一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统。

背景技术

近年来，由于当今高新技术的发展和医学科学的进步，以及高效快节奏的工作方式，使得具有实验仪器小型化、操作简单化、报告结果即时化的POCT越来越受人们的青睐。POCT仪器具有小巧、便携等优点，但同时也对检测的准确度造成了挑战。不稳定的检测环境、非专业的操作人员均对检测精度造成影响，同时小巧的体型对检测系统的搭建也是严峻的挑战。免疫荧光POCT普遍应用于医疗行业，对仪器的准确度有很高的要求，因此，如何提高POCT仪器的精确度，提高仪器各项检测指标是目前研发人员的首要任务。

在目前的POCT荧光免疫分析中，温度会对试纸条造成非常大的影响，在40℃对试纸条进行孵育并检测，其结果与最佳温度检测结果作对比，偏差甚至达到了200％以上。因此，如何减小温度对检测结果的影响，是提高免疫荧光POCT仪器检测性能的有效途径。

目前免疫荧光POCT检测，针对温度影响，普遍采用添置试纸条孵育器对试纸条进行预处理：将孵育器温度调整到最佳孵育温度，然后将试纸条放入孵育腔内进行孵育，经过规定的试纸孵育时间后，取出试纸条，放入免疫荧光POCT检测仪器中检测。此方案操作过程繁琐，操作人员需要操作两台仪器进行测量。且孵育完成后，试纸条取出到检测完成的过程中，试纸完全暴露在环境温度中，对检测结果造成影响。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统，包括温控壳体、试纸托架、控制模块、驱动模块、荧光检测模块及温控模块，所述温控壳体由导热材料制成，所述温控模块用于控制温控壳体的温度，所述温控壳体上开设有温控腔体，所述试纸托架可来回动作设于温控腔体内，所述试纸托架上开设有试纸槽，所述温控壳体上还开设有检测通孔，所述荧光检测模块安装于与检测通孔对应的位置以对试纸槽上的试纸检测。

本实用新型的工作原理：通过控制模块设定温度，开始温控控制，驱动模块拖动试纸托架进入温控腔体内，温控模块使温控壳体升温至设定温度，等待适当时间，保证温控模块达到传热稳态，温度控制完成，温控保持工作状态以保证恒温控制，温度控制完成后，通过控制模块启动检测流程，驱动模块拖动试纸托架伸出温控腔体，操作人员将添加待检测试剂不久的试纸快速放入试纸托架中的试纸槽中，驱动模块拖动试纸托架进入温控腔体内并等待设定试纸孵育时间，试纸孵育完成后，荧光检测模块开始检测，驱动模块拖动试纸托架，使试纸荧光检测区域经过检测通孔完成荧光检测，驱动模块拖动试纸托架伸出温控腔体，操作人员取出试纸条，驱动模块拖动试纸托架收入温控腔体，等待下次检测。

本实用新型在较小影响仪器体积和仪器便携性的前提下，可内置在POCT仪器中，避免多台仪器联合使用。设置仪器检测过程，实现“一站式”完成孵育和检测功能，温控模块和检测系统结合在一起，试纸条在过程中一直都在最佳的检测温度下，从而提高对试纸条的检测精度；温控模块与荧光检测模块和电机拖动结构结合在一起，在不破坏仪器检测功能的情况下，添加了温度控制功能；内置温控模块有效降低温度对试纸孵育和试纸检测的影响，从而有效提高免疫荧光POCT检测仪器检测性能；由于适当温控腔体的设计，当试纸(温控目标)插入时，试纸直接与温控腔壁和试纸托架接触，温控腔体内几乎不存在空气，这极大的降低了温控模块的功率需求，由于可以忽略空气的影响，在温控腔壁内部，热传导在传递过程作为主要传热方式，又因为对温控模块的功率需求降低，因此在温控腔壁对应的试纸非主要温控部位，适当开孔便于检测模块的装配是可行的。

所述温控壳体由铝合金材料制成，铝合金将作为传热介质，进一步降低了对温控模块功率的需求；使用导热系数高的铝合金结构，极大减小了温控结构的重量，降低温控结构对免疫荧光POCT检测仪器的影响。

所述温控模块包括温度传感器、半导体制冷器、散热片及风扇，所述温度传感器用于检测温控壳体的温度。

所述风扇与散热片保持适当的距离，且出风风向正对着散热片中心，保证散热片温度在TEC安全工作温度条件内。

所述温控壳体外表面包裹有隔热材料，减少热流从温控腔壁外表面流入空气中。

所述隔热材料采用隔热棉，隔热棉断热性佳，不含任何黏结剂，没有任何有气味，环保无毒。

所述荧光检测模块密封安装于检测通孔，减少热流量的流失、保证温度控制的效果。

所述试纸托架由铝合金材料制成。

所述散热片由铝合金材料制成。

所述半导体制冷器两面均匀涂抹导热硅脂，提高半导体制冷器对温控壳体的温度控制效果。

与现有技术相比，本实用新型提出一种体积较小、质量较轻的温度控制结构，且与检测系统结合在仪器，在不影响仪器小巧、轻便的特性下，实现仪器内置温控系统，有效减小温度对检测结果的影响。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中温控壳体的结构示意图；

图3是本实用新型中试纸托架的结构示意图；

图中，1、温控壳体；2、试纸托架；3、控制模块；4、驱动模块；5、荧光检测模块；6、温控模块；61、温度传感器；62、半导体制冷器；63、散热片；64、风扇；7、温控腔体；8、试纸槽；9、检测通孔；10、隔热材料。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

如图1-3所示，一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统，包括温控壳体1、试纸托架2、控制模块3、驱动模块4、荧光检测模块5及温控模块6，控制模块3分别与驱动模块4、荧光检测模块5及温控模块6通过导线电性连接，温控壳体1由导热材料制成，温控模块6用于控制温控壳体1的温度，温控壳体1上开设有温控腔体7，试纸托架2可来回动作设于温控腔体7内，试纸托架2上开设有试纸槽8，试纸槽8由试纸托架2上表面向内凹陷形成，其形状与试纸条相适应，温控壳体1上还开设有检测通孔9，检测通孔9与温控腔体7连通且开设于温控腔体7上方，荧光检测模块5安装于与检测通孔对应的位置以对试纸槽8上的试纸检测，荧光检测模块为现有技术，故不做赘述。

优选的，驱动模块4采用市面上可直接购买得到的步进电机，步进电机的输出轴为电机螺杆，温控壳体1上对应开设有电机螺杆通孔，电机螺杆穿过电机螺杆通孔与试纸托架2一端连接，步进电机通过控制电机螺杆转动控制试纸托架2前后位移，步进电机通过导线与控制模块3连接。

优选的，荧光检测模块5密封安装于检测通孔9，阻止温控腔体7内部空气与外界空气接触流动，以减少热流量的流失、保证温度控制的效果。

进一步细说，温控壳体1由铝合金材料制成，具有较好的导热效果，温控壳体1外壁和温控腔体7之间的温度差异较小，因此温控壳体1的温度可以看做是温控腔体7的温度，通过控制温控壳体1的温度来控制温控腔体7的温度，从而实现试纸条检测温度的精确控制，提高了检测的准确率。

进一步细说，温控模块6包括温度传感器61、半导体制冷器62、散热片63及风扇64，温度传感器61用于检测温控壳体1的温度，温度传感器61与温控壳体1外表面接触，通过导线连接控制模块3，用于测量温控腔体7的温度，所测数据传入控制模块3中。由于温控壳体1和试纸托架10为热的良性导体，温度传感器14所测量数据即为温控腔体7温度；半导体制冷器62一面与温控壳体1外表面接触，另一面与散热片63表面接触，通过导线连接控制模块3。半导体制冷器62在工作时依据控制模块3所提供的输入电流方向决定半导体制冷器62其中一面为热端，同时另一面为冷端。当需要温控腔体7降温时，半导体制冷器62与温控壳体1接触的表面为冷端，半导体制冷器62与散热片63接触的表面为热端；当需要温控腔体7升温时，半导体制冷器62与温控壳体1接触的表面为热端，半导体制冷器62与散热片63接触的表面为冷端。

进一步细说，风扇64与散热片63保持适当的距离，且出风风向正对着散热片63中心，使散热片表面的空气流动最大化，提高散热效果。

进一步细说，温控壳体1外表面包裹有隔热材料10，降低温控壳体1外壁的热量散失。

优选的，隔热材料10采用隔热棉，隔热棉具有耐高温，不易燃烧，导热系数低等特点，现广泛应用于工业的隔热棉都采用玻璃纤维为材质加工生产而成，如玻纤棉，玻璃棉。

进一步细说，试纸托架2由铝合金材料制成。

进一步细说，散热片63由铝合金材料制成。

进一步细说，半导体制冷器62两面均匀涂抹导热硅脂。

本实用新型的原理：温控目标为升温时，与温控腔壁表面接触的TEC表面为冷端，与散热片表面接触的TEC表面为热端。

热流从TEC热端流出，以热传导的方式流入温控腔壁。温控腔壁和试纸托架为热的良性导体，且温控腔壁与试纸托架有良好的接触，因此在小范围内可以认为温控腔壁和试纸托架温度处处相等；试纸托架的试纸槽体积较小，且与外界空气无法形成良好流通，因此试纸槽对传热环境的影响可以忽略。为使温控腔壁温度达到目标温度，温控腔壁温度与环境温度存在一定温差,其关系为：

T_h＝T_c-T_r (1)

式中，T_r为环境温度，K；T_c为温控腔壁温度，K；T_h为温控腔壁与环境间的温差，K；环境温度；T_r可以认为是常数。

为使温差T_h达到目标数值，必须满足如下公式：

式中，m为温控腔壁和试纸托架总质量，kg；c为温控腔壁和试纸托架的比热容，j/(kg*K)。Q为吸收(或放出)的热量，J；Q的计算方式为：

Q＝(P_hot-q_out)*t (3)

式中，P_hot为TEC热端发热功率，W；q_out为温控腔壁外表面流向空气的热流量,W；t为温控时间，s。

由于温控腔壁外表面温度与环境温度间的温差为T_h，可得温控腔壁外表面流向空气的热流量q_out表达式为：

式中，R为温控腔壁外表面与环境空气在隔热棉表面间的热阻，K/W；M为温控腔壁外表面积。

温控腔壁外表面流出的热流首先以热传导的方式，受接触热阻的影响流入隔热棉与温控腔壁接触的表面；从隔热棉与温控腔壁接触的表面以热传导的方式，受热阻的影响流入隔热棉与空气接触的表面；最后以热对流和热传导结合的方式流入空气中。在此传热过程中，由于热传导和热对流为主要传热方式，因此忽略热辐射的影响。又因为隔热棉热阻数值相比接触热阻非常大，因此传热过程只考虑隔热棉热阻的影响。温控腔壁外表面与环境空气在隔热棉表面间的热阻R等于热阻。

由公式(2)(3)中可以看出，只要当P_hot大于q_out，温控结构即可达到温控条件；由公式(2)(3)(4)可知，温控时间由温控结构材料的质量m、比热容c，隔热棉的热阻R，温控腔壁外表面就M和TEC热端功率P_hot所共同决定，当温控目标为降温时，传热方向与上述内容相反，其他保持一致，不多赘述。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (10)

1.一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统，其特征在于：包括温控壳体(1)、试纸托架(2)、控制模块(3)、驱动模块(4)、荧光检测模块(5)及温控模块(6)，所述温控壳体(1)由导热材料制成，所述温控模块(6)用于控制温控壳体(1)的温度，所述温控壳体(1)上开设有温控腔体(7)，所述试纸托架(2)可来回动作设于温控腔体(7)内，所述试纸托架(2)上开设有试纸槽(8)，所述温控壳体(1)上还开设有检测通孔(9)，所述荧光检测模块(5)安装于与检测通孔对应的位置以对试纸槽(8)上的试纸检测。

2.根据权利要求1所述的一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统，其特征在于：所述温控壳体(1)由铝合金材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统，其特征在于：所述温控模块(6)包括温度传感器(61)、半导体制冷器(62)、散热片(63)及风扇(64)，所述温度传感器(61)用于检测温控壳体(1)的温度。

4.根据权利要求3所述的一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统，其特征在于：所述风扇(64)与散热片(63)保持适当的距离，且出风风向正对着散热片(63)中心。

5.根据权利要求1所述的一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统，其特征在于：所述温控壳体(1)外表面包裹有隔热材料(10)。

6.根据权利要求5所述的一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统，其特征在于：所述隔热材料(10)采用隔热棉。

7.根据权利要求1所述的一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统，其特征在于：所述荧光检测模块(5)密封安装于检测通孔(9)。

8.根据权利要求1所述的一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统，其特征在于：所述试纸托架(2)由铝合金材料制成。

9.根据权利要求3所述的一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统，其特征在于：所述散热片(63)由铝合金材料制成。

10.根据权利要求3所述的一种基于TEC的免疫荧光POCT仪器温度控制系统，其特征在于：所述半导体制冷器(62)两面均匀涂抹导热硅脂。

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