Астуджэнне Пельцье (тэрмаэлектрычная тэхналогія астуджэння, заснаваная на эфекце Пельцье) стала адной з асноўных тэхналогій сістэмы кантролю тэмпературы для прыбораў ПЦР (палімеразнай ланцуговай рэакцыі) дзякуючы хуткай рэакцыі, дакладнаму кантролю тэмпературы і кампактным памерам, што істотна ўплывае на эфектыўнасць, дакладнасць і сцэнары прымянення ПЦР. Ніжэй прыведзены падрабязны аналіз канкрэтных ужыванняў і пераваг тэрмаэлектрычнага астуджэння (астуджэння Пельцье), пачынаючы з асноўных патрабаванняў ПЦР:
I. Асноўныя патрабаванні да кантролю тэмпературы ў тэхналогіі ПЦР
Асноўны працэс ПЛР — гэта паўтаральны цыкл дэнатурацыі (90-95℃), адпалу (50-60℃) і падаўжэння (72℃), які мае надзвычай строгія патрабаванні да сістэмы кантролю тэмпературы.
Хуткае павышэнне і паніжэнне тэмпературы: скарачэнне часу аднаго цыклу (напрыклад, для падзення з 95℃ да 55℃ патрабуецца ўсяго некалькі секунд) і павышэнне эфектыўнасці рэакцыі;
Высокадакладны кантроль тэмпературы: адхіленне тэмпературы адпалу ў памеры ±0,5℃ можа прывесці да неспецыфічнага ўзмацнення, і яго варта кантраляваць у межах ±0,1℃.
Аднастайнасць тэмпературы: калі некалькі ўзораў рэагуюць адначасова, розніца тэмператур паміж лункамі з узорамі павінна быць ≤0,5℃, каб пазбегнуць адхіленняў у выніку.
Адаптацыя да мініяцюрызацыі: партатыўная ПЦР (напрыклад, для тэставання на месцы ў сцэнарыях POCT) павінна быць кампактнай па памеры і не мець механічных зношваемых дэталяў.
II. Асноўныя сферы прымянення тэрмаэлектрычнага астуджэння ў ПЛР
Тэрмаэлектрычны Cooler TEC, тэрмаэлектрычны модуль астуджэння, модуль Пельцье дасягае «двухбаковага пераключэння нагрэву і астуджэння» з дапамогай пастаяннага току, што ідэальна адпавядае патрабаванням да кантролю тэмпературы PCR. Яго канкрэтнае прымяненне адлюстроўваецца ў наступных аспектах:
1. Хуткае павышэнне і паніжэнне тэмпературы: скарачэнне часу рэакцыі
Прынцып: Змяняючы кірунак току, модуль TEC, тэрмаэлектрычны модуль, прылада Пельцье могуць хутка пераключацца паміж рэжымамі «нагрэву» (калі ток прамы, канец модуля TEC, які паглынае цяпло, становіцца канцом, які вылучае цяпло) і «астуджэння» (калі ток адваротны, канец, які вылучае цяпло, становіцца канцом, які паглынае цяпло), з часам водгуку звычайна менш за 1 секунду.
Перавагі: Традыцыйныя метады астуджэння (напрыклад, вентылятары і кампрэсары) абапіраюцца на цеплаправоднасць або механічны рух, і хуткасць нагрэву і астуджэння звычайна складае менш за 2 ℃/с. Калі TEC спалучаецца з металічнымі блокамі з высокай цеплаправоднасцю (напрыклад, з медзі і алюмініевых сплаваў), можна дасягнуць хуткасці нагрэву і астуджэння 5-10 ℃/с, скарачаючы час аднаго цыклу ПЛР з 30 хвілін да менш чым 10 хвілін (напрыклад, у прыборах для хуткай ПЛР).
2. Высокадакладны кантроль тэмпературы: забеспячэнне спецыфічнасці ампліфікацыі
Прынцып: Выхадная магутнасць (інтэнсіўнасць нагрэву/астуджэння) модуля TEC, тэрмаэлектрычнага модуля астуджэння, тэрмаэлектрычнага модуля лінейна карэлюе з сілай току. У спалучэнні з высокадакладнымі датчыкамі тэмпературы (напрыклад, плацінавымі рэзістарамі, тэрмапарамі) і сістэмай зваротнай сувязі PID, ток можна рэгуляваць у рэжыме рэальнага часу для дасягнення дакладнага кантролю тэмпературы.
Перавагі: Дакладнасць кантролю тэмпературы можа дасягаць ±0,1℃, што значна вышэй, чым у традыцыйных вадкасных ваннах або кампрэсарных халадзільных установак (±0,5℃). Напрыклад, калі мэтавая тэмпература падчас стадыі адпалу складае 58℃, модуль TEC, тэрмаэлектрычны модуль, ахаладжальнік Пельцье, элемент Пельцье могуць стабільна падтрымліваць гэтую тэмпературу, пазбягаючы неспецыфічнага звязвання праймераў з-за ваганняў тэмпературы і значна павышаючы спецыфічнасць ампліфікацыі.
3. Мініяцюрная канструкцыя: садзейнічанне распрацоўцы партатыўнай ПЦР-станцыі
Прынцып: Аб'ём модуля TEC, элемента Пельцье, прылады Пельцье складае ўсяго некалькі квадратных сантыметраў (напрыклад, модуль TEC памерам 10×10 мм, тэрмаэлектрычны модуль астуджэння, модуль Пельцье можа задаволіць патрабаванні аднаго ўзору), ён не мае механічных рухомых частак (напрыклад, поршань кампрэсара або лопасці вентылятара) і не патрабуе холадагенту.
Перавагі: Калі традыцыйныя ПЦР-прыборы выкарыстоўваюць кампрэсары для астуджэння, іх аб'ём звычайна перавышае 50 літраў. Аднак партатыўныя ПЦР-прыборы з тэрмаэлектрычным модулем астуджэння, тэрмаэлектрычным модулем, модулем Пельцье, модулем TEC могуць мець аб'ём менш за 5 літраў (напрыклад, ручныя прылады), што робіць іх прыдатнымі для палявых выпрабаванняў (напрыклад, скрынінг на месцы падчас эпідэмій), клінічнага тэставання ля ложка пацыента і іншых сцэнарыяў.
4. Аднастайнасць тэмпературы: Забяспечце аднастайнасць паміж рознымі ўзорамі
Прынцып: Размяшчэнне некалькіх набораў масіваў TEC (напрыклад, 96 мікра TEC, якія адпавядаюць 96-лункаваму пласціне) або ў спалучэнні з металічнымі блокамі, якія падзяляюць цяпло (матэрыялы з высокай цеплаправоднасцю), дазваляе кампенсаваць адхіленні тэмпературы, выкліканыя індывідуальнымі адрозненнямі ў TEC.
Перавагі: Розніца тэмператур паміж лункамі для ўзораў можа кантралявацца ў межах ±0,3℃, што дазваляе пазбегнуць розніцы ў эфектыўнасці ампліфікацыі, выкліканай неадпаведнасцю тэмператур паміж краявымі і цэнтральнымі лункамі, і забяспечвае параўнальнасць вынікаў узораў (напрыклад, паслядоўнасць значэнняў КТ у колькаснай ПЦР з флуарэсцэнцыяй у рэжыме рэальнага часу).
5. Надзейнасць і рамонтапрыдатнасць: зніжэнне доўгатэрміновых выдаткаў
Прынцып: TEC не мае зношваемых дэталяў, мае тэрмін службы больш за 100 000 гадзін і не патрабуе рэгулярнай замены холадагентаў (напрыклад, фрэону ў кампрэсарах).
Перавагі: сярэдні тэрмін службы ПЦР-прыбора, астуджанага традыцыйным кампрэсарам, складае прыблізна ад 5 да 8 гадоў, у той час як сістэма TEC можа падоўжыць яго да больш чым 10 гадоў. Больш за тое, для тэхнічнага абслугоўвання патрабуецца толькі чыстка радыятара, што значна зніжае выдаткі на эксплуатацыю і абслугоўванне абсталявання.
III. Праблемы і аптымізацыі ў праграмах
Паўправадніковае астуджэнне не ідэальнае ў ПЛР і патрабуе мэтанакіраванай аптымізацыі:
Вузкае месца цеплааддачы: пры астуджэнні TEC вялікая колькасць цяпла назапашваецца ў месцы цеплааддачы (напрыклад, калі тэмпература падае з 95℃ да 55℃, розніца тэмператур дасягае 40℃, і магутнасць цеплавыдзялення значна павялічваецца). Неабходна спалучаць яго з эфектыўнай сістэмай цеплааддачы (напрыклад, меднымі радыятарамі + турбіннымі вентылятарамі або модулямі вадкаснага астуджэння), інакш гэта прывядзе да зніжэння эфектыўнасці астуджэння (і нават да пашкоджанняў ад перагрэву).
Кантроль спажывання энергіі: пры вялікіх перападах тэмператур спажыванне энергіі TEC адносна высокае (напрыклад, магутнасць TEC 96-лункавага ПЦР-прыбора можа дасягаць 100-200 Вт), і неабходна знізіць неэфектыўнае спажыванне энергіі з дапамогай інтэлектуальных алгарытмаў (напрыклад, прагназуемага кантролю тэмпературы).
Iv. Практычныя прыклады прымянення
У цяперашні час асноўныя прыборы для ПЦР (асабліва прыборы для колькаснай ПЦР у рэжыме рэальнага часу флуарэсцэнцыі) звычайна выкарыстоўваюць тэхналогію астуджэння паўправаднікоў, напрыклад:
Лабараторнае абсталяванне: 96-лункавы флуарэсцэнтны колькасны ПЦР-прыбор пэўнай маркі з TEC-кантролем тэмпературы, хуткасцю нагрэву і астуджэння да 6℃/с, дакладнасцю кантролю тэмпературы ±0,05℃ і падтрымкай высокапрадукцыйнага дэтэктавання ў 384 лунках.
Партатыўная прылада: Пэўны партатыўны прыбор для ПЦР (вагой менш за 1 кг), заснаваны на канструкцыі TEC, можа выявіць новы каранавірус на працягу 30 хвілін і падыходзіць для выкарыстання на месцах, такіх як аэрапорты і населеныя пункты.
Кароткі змест
Тэрмаэлектрычнае астуджэнне з трыма асноўнымі перавагамі: хуткай рэакцыі, высокай дакладнасці і мініяцюрызацыі, вырашыла ключавыя праблемы тэхналогіі ПЦР з пункту гледжання эфектыўнасці, спецыфічнасці і адаптацыі да сцэны, стаўшы стандартнай тэхналогіяй для сучасных прыбораў для ПЦР (асабліва хуткіх і партатыўных прылад) і прасунуўшы ПЦР з лабараторый у больш шырокія сферы прымянення, такія як клінічнае выяўленне ля ложка пацыента і выяўленне на месцы.
TES1-15809T200 для ПЦР-апарата
Тэмпература гарачага боку: 30°C,
Imax: 9.2A
Umax: 18,6 В
Qmax: 99,5 Вт
Дэльта Т макс.: 67°C
ACR: 1,7 ± 15% Ω (ад 1,53 да 1,87 Ом)
Памер: 77 × 16,8 × 2,8 мм
Час публікацыі: 13 жніўня 2025 г.
