Penyejukan Peltier (teknologi penyejukan termoelektrik berdasarkan kesan Peltier) telah menjadi salah satu teknologi teras sistem kawalan suhu untuk instrumen PCR (tindak balas rantai polimerase) kerana tindak balasnya yang pantas, kawalan suhu yang tepat dan saiznya yang padat, yang sangat mempengaruhi kecekapan, ketepatan dan senario aplikasi PCR. Berikut ialah analisis terperinci tentang aplikasi khusus dan kelebihan penyejukan termoelektrik (penyejukan peltier) bermula daripada keperluan teras PCR:
I. Keperluan Teras untuk Kawalan Suhu dalam Teknologi PCR
Proses teras PCR adalah kitaran berulang denaturasi (90-95 ℃), penyepuhlindapan (50-60 ℃), dan pemanjangan (72 ℃), yang mempunyai keperluan yang sangat ketat untuk sistem kawalan suhu.
Kenaikan dan penurunan suhu yang cepat: Memendekkan masa kitaran tunggal (contohnya, hanya mengambil masa beberapa saat untuk turun dari 95℃ hingga 55℃), dan meningkatkan kecekapan tindak balas;
Kawalan suhu ketepatan tinggi: Sisihan suhu penyepuhlindapan ±0.5℃ boleh menyebabkan amplifikasi tidak spesifik, dan ia harus dikawal dalam lingkungan ±0.1℃.
Keseragaman suhu: Apabila berbilang sampel bertindak balas secara serentak, perbezaan suhu antara sampel Telaga hendaklah ≤0.5℃ untuk mengelakkan sisihan keputusan.
Adaptasi pengecilan saiz: PCR mudah alih (seperti senario POCT ujian di tapak) hendaklah bersaiz padat dan bebas daripada bahagian haus mekanikal.
II. Aplikasi Teras penyejukan termoelektrik dalam PCR
Modul penyejukan termoelektrik TEC, modul penyejukan termoelektrik, modul peltier mencapai "penukaran pemanasan dan penyejukan dwiarah" melalui arus terus, sepadan dengan keperluan kawalan suhu PCR. Aplikasi khususnya dicerminkan dalam aspek berikut:
1. Kenaikan dan penurunan suhu yang cepat: Memendekkan masa tindak balas
Prinsip: Dengan mengubah arah arus, modul TEC, modul termoelektrik, peranti peltier boleh bertukar dengan cepat antara mod "pemanasan" (apabila arus ke hadapan, hujung penyerap haba modul TEC, modul peltier menjadi hujung pelepas haba) dan "penyejukan" (apabila arus terbalik, hujung pelepas haba menjadi hujung penyerap haba), dengan masa tindak balas biasanya kurang daripada 1 saat.
Kelebihan: Kaedah penyejukan tradisional (seperti kipas dan pemampat) bergantung pada pengaliran haba atau pergerakan mekanikal, dan kadar pemanasan dan penyejukan biasanya kurang daripada 2℃/s. Apabila TEC digabungkan dengan blok logam kekonduksian terma yang tinggi (seperti aloi kuprum dan aluminium), ia boleh mencapai kadar pemanasan dan penyejukan 5-10℃/s, mengurangkan masa kitaran PCR tunggal daripada 30 minit kepada kurang daripada 10 minit (seperti dalam instrumen PCR pantas).
2. Kawalan suhu ketepatan tinggi: Memastikan kekhususan amplifikasi
Prinsip: Kuasa output (keamatan pemanasan/penyejukan) modul TEC, modul penyejukan termoelektrik, modul termoelektrik berkorelasi secara linear dengan keamatan arus. Digabungkan dengan sensor suhu berketepatan tinggi (seperti rintangan platinum, termogandingan) dan sistem kawalan maklum balas PID, arus boleh dilaraskan dalam masa nyata untuk mencapai kawalan suhu yang tepat.
Kelebihan: Ketepatan kawalan suhu boleh mencapai ±0.1℃, yang jauh lebih tinggi daripada penyejukan cecair tradisional atau pemampat (±0.5℃). Contohnya, jika suhu sasaran semasa peringkat penyepuhlindapan ialah 58℃, modul TEC, modul termoelektrik, penyejuk peltier, elemen peltier boleh mengekalkan suhu ini secara stabil, mengelakkan pengikatan primer yang tidak spesifik disebabkan oleh turun naik suhu dan meningkatkan kekhususan amplifikasi dengan ketara.
3. Reka bentuk mini: Menggalakkan pembangunan PCR mudah alih
Prinsip: Isipadu modul TEC, elemen peltier, peranti peltier hanya beberapa sentimeter persegi (contohnya, modul TEC 10 × 10mm, modul penyejukan termoelektrik, modul peltier boleh memenuhi keperluan sampel tunggal), ia tidak mempunyai bahagian bergerak mekanikal (seperti omboh pemampat atau bilah kipas), dan tidak memerlukan bahan pendingin.
Kelebihan: Apabila instrumen PCR tradisional bergantung pada pemampat untuk penyejukan, isipadunya biasanya melebihi 50L. Walau bagaimanapun, instrumen PCR mudah alih yang menggunakan modul penyejukan termoelektrik, modul termoelektrik, modul peltier, modul TEC boleh dikurangkan kepada kurang daripada 5L (seperti peranti pegang tangan), menjadikannya sesuai untuk ujian lapangan (seperti saringan di tapak semasa wabak), ujian klinikal di sisi katil dan senario lain.
4. Keseragaman suhu: Pastikan konsistensi antara pelbagai sampel
Prinsip: Dengan menyusun berbilang set susunan TEC (seperti 96 mikro TEC yang sepadan dengan plat 96-telaga), atau digabungkan dengan blok logam perkongsian haba (bahan kekonduksian terma yang tinggi), sisihan suhu yang disebabkan oleh perbezaan individu dalam TEC boleh diimbangi.
Kelebihan: Perbezaan suhu antara Telaga sampel boleh dikawal dalam lingkungan ±0.3℃, mengelakkan perbezaan kecekapan amplifikasi yang disebabkan oleh suhu yang tidak konsisten antara Telaga tepi dan Telaga pusat, dan memastikan kebolehbandingan keputusan sampel (seperti ketekalan nilai CT dalam PCR kuantitatif pendarfluor masa nyata).
5. Kebolehpercayaan dan kebolehpeliharaan: Mengurangkan kos jangka panjang
Prinsip: TEC tidak mempunyai bahagian haus, mempunyai jangka hayat lebih 100,000 jam, dan tidak memerlukan penggantian penyejuk secara berkala (seperti Freon dalam pemampat).
Kelebihan: Purata jangka hayat instrumen PCR yang disejukkan oleh pemampat tradisional adalah kira-kira 5 hingga 8 tahun, manakala sistem TEC boleh melanjutkannya sehingga lebih 10 tahun. Selain itu, penyelenggaraan hanya memerlukan pembersihan sink haba, sekali gus mengurangkan kos operasi dan penyelenggaraan peralatan dengan ketara.
III. Cabaran dan Pengoptimuman dalam Aplikasi
Penyejukan semikonduktor tidak sempurna dalam PCR dan memerlukan pengoptimuman yang disasarkan:
Kesesakan pelesapan haba: Apabila TEC menyejuk, sejumlah besar haba terkumpul di hujung pelepasan haba (contohnya, apabila suhu menurun dari 95℃ hingga 55℃, perbezaan suhu mencapai 40℃, dan kuasa pelepasan haba meningkat dengan ketara). Adalah perlu untuk memasangkannya dengan sistem pelesapan haba yang cekap (seperti sink haba tembaga + kipas turbin, atau modul penyejukan cecair), jika tidak, ia akan menyebabkan penurunan kecekapan penyejukan (dan juga kerosakan akibat terlalu panas).
Kawalan penggunaan tenaga: Di bawah perbezaan suhu yang besar, penggunaan tenaga TEC agak tinggi (contohnya, kuasa TEC instrumen PCR 96-telaga boleh mencapai 100-200W), dan adalah perlu untuk mengurangkan penggunaan tenaga yang tidak berkesan melalui algoritma pintar (seperti kawalan suhu ramalan).
Iv. Kes Aplikasi Praktikal
Pada masa ini, instrumen PCR arus perdana (terutamanya instrumen PCR kuantitatif pendarfluor masa nyata) secara amnya telah menerima pakai teknologi penyejukan semikonduktor, contohnya:
Peralatan gred makmal: Instrumen PCR kuantitatif pendarfluor 96-telaga jenama tertentu, menampilkan kawalan suhu TEC, dengan kadar pemanasan dan penyejukan sehingga 6℃/s, ketepatan kawalan suhu ±0.05℃, dan menyokong pengesanan daya pemprosesan tinggi 384-telaga.
Peranti mudah alih: Instrumen PCR pegang tangan tertentu (berat kurang daripada 1kg), berdasarkan reka bentuk TEC, boleh menyelesaikan pengesanan novel koronavirus dalam masa 30 minit dan sesuai untuk senario di lokasi seperti lapangan terbang dan komuniti.
Ringkasan
Penyejukan termoelektrik, dengan tiga kelebihan terasnya iaitu tindak balas pantas, ketepatan tinggi dan pengecilan saiz, telah menyelesaikan masalah utama teknologi PCR dari segi kecekapan, kekhususan dan kebolehsuaian tempat kejadian, menjadi teknologi standard untuk instrumen PCR moden (terutamanya peranti pantas dan mudah alih), dan mempromosikan PCR dari makmal ke bidang aplikasi yang lebih luas seperti pengesanan sisi katil klinikal dan di tapak.
TES1-15809T200 untuk mesin PCR
Suhu sisi panas: 30 C,
Imax：9.2A，
Umaks: 18.6V
Qmax：99.5 W
Delta T maks： 67 C
ACR：1.7 ±15% Ω (1.53 hingga 1.87 Ohm)
Saiz： 77×16.8×2.8mm
Masa siaran: 13 Ogos 2025
