Peltier soyutma (Peltier effektinə əsaslanan termoelektrik soyutma texnologiyası) sürətli reaksiyası, dəqiq temperatur nəzarəti və kompakt ölçüsü sayəsində PCR-in səmərəliliyinə, dəqiqliyinə və tətbiq ssenarilərinə dərin təsir göstərən PCR (polimeraz zəncirvari reaksiya) cihazları üçün temperatur nəzarət sisteminin əsas texnologiyalarından birinə çevrilmişdir. Aşağıda PCR-in əsas tələblərindən başlayaraq termoelektrik soyutmanın (Peltier soyutma) spesifik tətbiqləri və üstünlüklərinin ətraflı təhlili verilmişdir:
I. PCR Texnologiyasında Temperatur Nəzarəti üçün Əsas Tələblər
PCR-in əsas prosesi, temperatur nəzarət sistemi üçün son dərəcə ciddi tələblərə malik olan denaturasiya (90-95℃), tavlama (50-60℃) və genişləndirmə (72℃) təkrarlanan dövrdür.
Sürətli temperatur artımı və düşməsi: Tək bir dövrün müddətini qısaldır (məsələn, 95℃-dən 55℃-ə düşmək üçün cəmi bir neçə saniyə lazımdır) və reaksiya səmərəliliyini artırır;
Yüksək dəqiqlikli temperatur nəzarəti: Tavlama temperaturunda ±0.5℃ sapma qeyri-spesifik gücləndirməyə səbəb ola bilər və bu, ±0.1℃ daxilində idarə olunmalıdır.
Temperatur vahidliyi: Birdən çox nümunə eyni anda reaksiya verdikdə, nəticə sapmasının qarşısını almaq üçün nümunə quyuları arasındakı temperatur fərqi ≤0.5℃ olmalıdır.
Miniatürləşdirmə uyğunlaşması: Portativ PCR (məsələn, yerində sınaq POCT ssenariləri) kompakt ölçüdə olmalı və mexaniki aşınma hissələrindən azad olmalıdır.
II. PCR-də termoelektrik soyutmanın əsas tətbiqləri
Termoelektrik Soyuducu TEC, Termoelektrik soyutma modulu, Peltier modulu, PCR-in temperatur nəzarəti tələblərinə mükəmməl uyğun olaraq, birbaşa cərəyan vasitəsilə "istilik və soyutmanın iki istiqamətli keçidinə" nail olur. Onun spesifik tətbiqləri aşağıdakı aspektlərdə əks olunur:
1. Temperaturun sürətli yüksəlməsi və düşməsi: Reaksiya müddətini qısaldır
Prinsip: Cərəyanın istiqamətini dəyişdirməklə, TEC modulu, termoelektrik modul, Peltier cihazı, adətən 1 saniyədən az cavab müddəti ilə "qızdırma" (cərəyan irəli yönəldildikdə, TEC modulunun istilik udma ucu, Peltier modulu istiliyi buraxan ucu olur) və "soyutma" (cərəyan əks istiqamətdə yönəldildikdə, istilik udma ucu istiliyi buraxan ucu olur) rejimləri arasında tez bir zamanda keçid edə bilər.
Üstünlükləri: Ənənəvi soyutma üsulları (məsələn, ventilyatorlar və kompressorlar) istilik keçiriciliyinə və ya mexaniki hərəkətə əsaslanır və isitmə və soyutma sürətləri adətən 2℃/s-dən az olur. TEC yüksək istilik keçiriciliyi metal blokları (məsələn, mis və alüminium ərintisi) ilə birləşdirildikdə, 5-10℃/s istilik və soyutma sürətinə nail ola bilər və bu da tək PCR dövrünün müddətini 30 dəqiqədən 10 dəqiqədən aza endirir (məsələn, sürətli PCR cihazlarında).
2. Yüksək dəqiqlikli temperatur nəzarəti: Gücləndirmə spesifikliyinin təmin edilməsi
Prinsip: TEC modulunun, termoelektrik soyutma modulunun, termoelektrik modulun çıxış gücü (istilik/soyutma intensivliyi) cərəyan intensivliyi ilə xətti korrelyasiyaya malikdir. Yüksək dəqiqlikli temperatur sensorları (məsələn, platin müqaviməti, termocüt) və PID geribildirim idarəetmə sistemi ilə birlikdə dəqiq temperatur nəzarətinə nail olmaq üçün cərəyan real vaxt rejimində tənzimlənə bilər.
Üstünlüklər: Temperaturun idarə olunması dəqiqliyi ±0,1℃-ə çata bilər ki, bu da ənənəvi maye vannası və ya kompressor soyuducusundan (±0,5℃) daha yüksəkdir. Məsələn, tavlama mərhələsində hədəf temperaturu 58℃-dirsə, TEC modulu, termoelektrik modul, peltier soyuducusu, peltier elementi bu temperaturu sabit saxlaya bilər, temperatur dalğalanmaları səbəbindən astarların qeyri-spesifik bağlanmasının qarşısını alır və gücləndirmə spesifikliyini əhəmiyyətli dərəcədə artırır.
3. Miniatürləşdirilmiş dizayn: Portativ PCR-in inkişafını təşviq etmək
Prinsip: TEC modulunun, Peltier elementinin, Peltier cihazının həcmi cəmi bir neçə kvadrat santimetrdir (məsələn, 10 × 10 mm TEC modulu, termoelektrik soyutma modulu, Peltier modulu tək bir nümunənin tələblərinə cavab verə bilər), mexaniki hərəkət edən hissələrə (məsələn, kompressorun pistonu və ya fan pərləri) malik deyil və soyuducu maddə tələb etmir.
Üstünlükləri: Ənənəvi PCR cihazları soyutma üçün kompressorlardan istifadə etdikdə, onların həcmi adətən 50 litrdən çox olur. Bununla belə, termoelektrik soyutma modulu, termoelektrik modul, peltier modulu, TEC modulundan istifadə edən portativ PCR cihazları 5 litrdən az həcmə endirilə bilər (məsələn, əl cihazları), bu da onları sahə sınaqları (məsələn, epidemiyalar zamanı yerində müayinə), klinik yataq başı sınaqları və digər ssenarilər üçün uyğun edir.
4. Temperaturun vahidliyi: Müxtəlif nümunələr arasında uyğunluğu təmin edin
Prinsip: Birdən çox TEC massivi dəstini (məsələn, 96 quyulu lövhəyə uyğun 96 mikro TEC) təşkil etməklə və ya istilik paylaşan metal bloklarla (yüksək istilik keçiriciliyi materialları) birlikdə TEC-lərdəki fərdi fərqlərin yaratdığı temperatur sapmalarını kompensasiya etmək olar.
Üstünlüklər: Nümunə Quyuları arasındakı temperatur fərqi ±0.3℃ daxilində idarə oluna bilər, bu da kənar Quyular və mərkəzi Quyular arasında uyğunsuz temperaturların yaratdığı amplifikasiya səmərəliliyi fərqlərinin qarşısını alır və nümunə nəticələrinin müqayisəliliyini (məsələn, real vaxt flüoresan kəmiyyət PCR-də KT dəyərlərinin uyğunluğu kimi) təmin edir.
5. Etibarlılıq və davamlılıq: Uzunmüddətli xərcləri azaldın
Prinsip: TEC-in aşınmayan hissələri yoxdur, 100.000 saatdan çox ömrü var və soyuducu maddələrin (məsələn, kompressorlardakı freon) müntəzəm olaraq dəyişdirilməsini tələb etmir.
Üstünlüklər: Ənənəvi kompressorla soyudulmuş PCR cihazının orta ömrü təxminən 5-8 ildir, TEC sistemi isə onu 10 ildən çox uzada bilər. Bundan əlavə, texniki xidmət yalnız istilik radiatorunun təmizlənməsini tələb edir ki, bu da avadanlığın istismarı və texniki xidmət xərclərini əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.
III. Tətbiqlərdəki Çətinliklər və Optimallaşdırmalar
Yarımkeçirici soyutma PCR-də mükəmməl deyil və hədəflənmiş optimallaşdırma tələb edir:
İstilik yayılması tıxanıqlığı: TEC soyuduqda, istilik yayılması ucunda çox miqdarda istilik toplanır (məsələn, temperatur 95℃-dən 55℃-ə düşdükdə, temperatur fərqi 40℃-ə çatır və istilik yayma gücü əhəmiyyətli dərəcədə artır). Onu səmərəli istilik yayma sistemi (məsələn, mis istilik radiatorları + turbin ventilyatorları və ya maye soyutma modulları) ilə birləşdirmək lazımdır, əks halda bu, soyutma səmərəliliyinin azalmasına (və hətta həddindən artıq istiləşməyə) səbəb olacaq.
Enerji istehlakına nəzarət: Böyük temperatur fərqləri altında TEC enerji istehlakı nisbətən yüksəkdir (məsələn, 96 quyulu PCR cihazının TEC gücü 100-200 Vt-a çata bilər) və ağıllı alqoritmlər (məsələn, proqnozlaşdırıcı temperatur nəzarəti) vasitəsilə səmərəsiz enerji istehlakını azaltmaq lazımdır.
IV. Praktik Tətbiq Halları
Hazırda əsas PCR alətləri (xüsusən real vaxt flüoresan kəmiyyət PCR alətləri) ümumiyyətlə yarımkeçirici soyutma texnologiyasını tətbiq edir, məsələn:
Laboratoriya səviyyəli avadanlıq: Müəyyən bir markanın 96 quyulu flüoresan kəmiyyət PCR cihazı, TEC temperatur nəzarətinə malikdir, 6℃/s-ə qədər istilik və soyutma sürətinə, ±0.05℃ temperatur nəzarət dəqiqliyinə və 384 quyulu yüksək məhsuldarlıq aşkarlamasını dəstəkləyir.
Portativ cihaz: TEC dizaynına əsaslanan müəyyən bir əl PCR cihazı (çəkisi 1 kq-dan az) yeni koronavirusun aşkarlanmasını 30 dəqiqə ərzində tamamlaya bilər və hava limanları və icmalar kimi yerindəki ssenarilər üçün uyğundur.
Xülasə
Sürətli reaksiya, yüksək dəqiqlik və miniatürləşmə kimi üç əsas üstünlüyü ilə termoelektrik soyutma, səmərəlilik, spesifiklik və səhnə uyğunlaşması baxımından PCR texnologiyasının əsas problemli nöqtələrini həll etmiş, müasir PCR alətləri (xüsusilə sürətli və portativ cihazlar) üçün standart texnologiyaya çevrilmiş və PCR-i laboratoriyadan klinik yataq başında və yerində aşkarlama kimi daha geniş tətbiq sahələrinə təqdim etmişdir.
PCR maşını üçün TES1-15809T200
İsti yan temperatur: 30 C,
Imax： 9.2A，
Umax: 18.6V
Qmax：99.5 W
Delta T maksimum: 67 C
ACR：1.7 ±15% Ω (1.53 ilə 1.87 Ohm arasında)
Ölçü: 77×16.8×2.8mm
Yayımlanma vaxtı: 13 Avqust 2025
