基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法和装置，在热循环仪的热块热电制冷片上设置有用于对其进行主动散热的主动快速散热模块；通过散热VC均温板作用于热块热电制冷片，在特定逻辑算法温度控制软件的温度控制器的控制下，散热制冷片主动调整热块热电制冷片的上下表面之间的温差ΔT保持在预定值域内，确保热块热电制冷片保持较大输出热量；所述主动快速散热模块采用了液态金属及内部密封了冷凝液的VC均温板和热管散热器。本发明专利技术的基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法和装置，采用主动控制热循环过程中升温和降温的变温速率，并对热循环执行单元快速散热的技术和装置，从而实现快速PCR热循环的目的。的目的。的目的。

Active fast heat dissipation method and device of thermal circulator based on thermoelectric refrigeration sheet

【技术实现步骤摘要】
基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法和装置


[0001]本专利技术涉及散热
，尤其是一种基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法和装置。

技术介绍

[0002]扩增PCR是核酸聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction）的英文简称，PCR反应条件为温度、时间和循环次数。基于PCR原理三步骤而设置变性
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退火
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延伸3个温度点。在标准反应中，双链DNA在90~95℃变性，再迅速冷却至40~60℃，引物退火并结合到靶序列上，然后快速升温至70~75℃，在TaqDNA聚合酶的作用下，使引物链沿模板延伸。PCR反应通过变性
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退火
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延伸的热循环得以实现，一次PCR扩增实验通常需要30
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40个连续的热循环。每次温度变化所需的时间直接影响到PCR反应的总时间。提高PCR热循环中不同温区之间的升降温速率，不仅能够缩短整个PCR扩增过程所需时间，而且会提高核酸扩增结果的特异性。
[0003]PCR热循环仪通常由热盖部件、热循环部件、控制部件和电源部件等部分组成。热循环部件用于实现控制过程中温度的升降控制。PCR热循环仪通常采用热电制冷片和金属PCR热块作为热循环部件。热电制冷片提供热循环的特种热源。当热电制冷片中有电流通过时，热电制冷片两个端面之间就会产生热量转移，热量从一端面转移到另一端面，在热电制冷片的两个端面产生温差ΔT，并形成冷热端面。随着电压或电流作用的时间增长，热电制冷片两端面之间的温差ΔT增大，其输出热量降低，从而导致PCR热循环的升降温速率下降。
[0004]特别是在热循环的降温阶段，热电制冷片的热量除了冷端吸收的热量还包括其制冷本身产生的热量，叠加后的热量如果不能快速散热，将导致冷端面温度就很难降下来，并使热循环降温速率降低，这也是热电制冷片降温速率要明显低于升温速率的原因之一。
[0005]现有热循环部件温度控制技术，采用PID控制的温度控制部件来控制热块热电制冷片的温度，单一PID控制只是通过控制热块热电制冷片的输出热量，来控制热块温度T0，但随着热块温度T0升高，热块热电制冷片两端的温差ΔT增大，热块热电制冷片的特性导致输出热量降低，以致热块温度T0升温速率降低。
[0006]PCR热循环仪的热循环执行单元和散热单元的热界面通常采用导热硅脂或石墨膜作为导热介质。导热硅脂目前最高导热系数仅能达到11W／m
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K。石墨膜由于其结构的原因，石墨膜表面的导热系数在180W/m
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K。但面间（厚度方向）的导热系数仅为5W/m
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K左右。这一“热障”瓶颈导致热块热电制冷片的制热或制冷量较难快速向PCR热块VC均温板和散热模块上传递，这也直接影响固定式热循环仪的变温速率。而液态金属的导热系数能够达到73W／m
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K，是传统硅脂或石墨膜的数倍，用液态金属介质作为导热剂，液态金属介质减少热界面的热阻，实现快速热传导。
[0007]固定式PCR热循环仪的散热器通常采用导热率高的材料制作，如铜、铝及不锈钢等。但是这些材料的比热容比较低，也就是它在单位温度下吸收的热量少，不能快速传导大量热量。VC（Vapor Chambers蒸汽腔）均温板和热管利用在金属包络内密封的液体的蒸发和
冷凝来输送热量，利用液汽两相热传输来快速在组件内移动热量，传导热量比固体金属结构高10至50倍，以提高其整体热性能。热管主要在管道的轴上移动热量，将热源连接到远端翅片的理想选择，尤其是对于相对曲折的路径来说；VC均温板则将热量扩散到整个平面上，使整个平面的温度更均匀，提高整个平面的热均匀性，VC均温板和液态金属介质减少热界面的热阻，实现快速热传导。

技术实现思路

[0008]本专利技术是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法和装置，以能够提高PCR热循环仪的热循环执行单元升降温速率、降低单次PCR扩增实验的时间。
[0009]本专利技术为解决技术问题采用以下技术方案。
[0010]基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法，用于对热循环仪的热块热电制冷片进行主动散热；所述热循环仪主动式快速散热方法包括如下步骤：步骤1：将用于对热块热电制冷片进行主动散热的主动式快速散热装置设置于所述热块热电制冷片上，使得主动式快速散热装置的散热VC均温板的一侧与所述热块热电制冷片相贴合；步骤2：在所述散热VC均温板的另一侧贴合设置有至少一个散热热电制冷片；步骤3：通过所述散热热电制冷片为散热VC均温板升温或者降温，使得散热VC均温板能够为热块热电制冷片升温或者降温，进而使得热块热电制冷片的上表面和下表面之间的温差ΔT始终保持在预定值域内，确保所述热块热电制冷片处于最佳工作状态。
[0011]本专利技术的一种基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法的特点也在于：优选地，所述热块热电制冷片和所述主动式快速散热装置均与温度控制器相连接；所述温度控制器用于控制热块热电制冷片，使得热块热电制冷片升温或者降温；所述温度控制器用于控制主动式快速散热装置，使得主动式快速散热装置的散热热电制冷片升温或者降温。
[0012]优选地，所述温度控制器中内置有温度控制程序，所述温度控制程序用于执行温度控制算法。
[0013]优选地，所述温度控制算法包括串级PID控制算法。
[0014]优选地，所述温度控制算法中，当热块热电制冷片需要为PCR热循环仪的热块VC均温板降温前，通过散热热电制冷片先主动对散热VC均温板进行提前降温。
[0015]优选地，所述温度控制算法中，当热块热电制冷片需要为热块VC均温板升温时，控制主动式快速散热装置的散热VC均温板与热块VC均温板同步升温，使得热块热电制冷片上下两个表面之间的温差ΔT在预定值域内。
[0016]优选地，所述温度控制算法中，针对PCR热循环的各个变温温度节点，设置有至少一组温度控制PID值。
[0017]另外，本专利技术还公开了一种基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热装置，其特点是，所述主动式快速散热装置设置于作为被散热对象的热块热电制冷片之上，用于使
得热块热电制冷片的上表面和下表面之间的温差ΔT始终保持在预定值域内；主动式快速散热装置包括至少一个散热VC均温板、至少一个散热热电制冷片、液态金属介质、传导式散热器和对流式散热器。
[0018]优选地，所述散热VC均温板与热块热电制冷片之间进行热交换，所述散热VC均温板与所述热块热电制冷片之间通过所述液态金属介质进行快速热传导；所述散热VC均温板与所述散热热电制冷片之间进行热交换，所述散热VC均温板与所述散热热电制冷片之间通过所述液态金属介质进行快速热传导；所述散热热电制冷片与所述传导式散热器之间设置有液态金属介质，所述散热热电制冷片与所述传导式散热器之间通过液态金属介质进行快速热传导。
[0019]优选地，所述液态金属介质包括但不限于液态金属导热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法，其特征是，用于对热循环仪的热块热电制冷片（120）进行主动散热；所述热循环仪主动式快速散热方法包括如下步骤：步骤1：将用于对热块热电制冷片（120）进行主动散热的主动式快速散热装置设置于所述热块热电制冷片（120）上，使得主动式快速散热装置的散热VC均温板（210）的一侧与所述热块热电制冷片（120）相贴合；步骤2：在所述散热VC均温板（210）的另一侧贴合设置有至少一个散热热电制冷片（220）；步骤3：通过所述散热热电制冷片（220）为散热VC均温板（210）升温或者降温，使得散热VC均温板（210）能够为热块热电制冷片（120）升温或者降温，进而使得热块热电制冷片（120）的上表面和下表面之间的温差ΔT始终保持在预定值域内，确保所述热块热电制冷片（120）处于最佳工作状态。2.根据权利要求1所述的基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法，其特征是，所述热块热电制冷片（120）和所述主动式快速散热装置均与温度控制器相连接；所述温度控制器用于控制热块热电制冷片（120），使得热块热电制冷片（120）升温或者降温；所述温度控制器用于控制主动式快速散热装置，使得主动式快速散热装置的散热热电制冷片（220）升温或者降温。3.根据权利要求2所述的基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法，其特征是，所述温度控制器中内置有温度控制程序，所述温度控制程序用于执行温度控制算法。4.根据权利要求3所述的基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法，其特征是，所述温度控制算法包括串级PID控制算法。5.根据权利要求3所述的基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法，其特征是，所述温度控制算法中，当热块热电制冷片（120）需要为热块VC均温板（110）降温前，通过散热热电制冷片（220）先主动对散热VC均温板（210）进行提前降温。6.根据权利要求3所述的基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法，其特征是，所述温度控制算法中，当热块热电制冷片（120）需要为热块VC均温板（110）升温时，控制主动式快速散热装置的散热VC均温板（210）与热块VC均温板（110）同步升温，使得热块热电制冷片上下两个表面之间的温差ΔT在预定值域内。7.根据权利要求3所述的基于热电制冷片的热循环仪主动式快速散热方法，其特征是，所述温度控制算法中，针对PCR热循环的各个变温温度节点，设置有至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清宁，
申请(专利权)人：合肥中科国腾生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：