具有液体冷却系统的基因扩增装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种具有液体冷却系统的基因扩增装置，所述具有液体冷却系统的基因扩增装置包括恒温系统和冷却系统，恒温系统包括半导体制冷器和导热模块，冷却系统包括集热板、散热板、循环管路、冷却液和循环泵，集热板内的第一液体管路、散热板内的第二液体管路和循环管路相连形成闭合通路，循环泵控制冷却液在该闭合通路中流动或停止，这样通过冷却液的循环流动来带走集热板上收集的热能，并且在散热板处与环境空气进行热流交换，从而达到降温的效果，这样的具有液体冷却系统的基因扩增装置与传统的相比，温度均匀性有较大改善，制冷速率有所提局，且大大提局了该具有液体冷却系统的基因扩增装置的性价比。1~I
【专利说明】具有液体冷却系统的基因扩增装置
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及聚合酶链反应装置，特别是涉及一种具有液体冷却系统的基因扩 增装置。
【背景技术】
[0002] 在分子生物学领域，聚合酶链反应已得到广泛认可，是一种探索DNA的具有高可 靠性的有效手段。样品中的DNA在试剂配合下，在特定温度程序下进行温度循环反应，在短 时间内可获得2的N次方数量的片段扩增，使得检测非常灵敏。
[0003] 基于聚合酶链反应技术的基因扩增设备已经成为分子生物学领域种的基础性和 必备设备。基因扩增设备通常包含基因扩增仪和荧光定量聚合酶链反应检测系统两大类， 这两大类设备的核心都是采用聚合酶链反应技术。
[0004] 传统基因扩增设备可以满足一般性低敏感度试剂的聚合酶链反应。但随着聚合酶 链反应技术在各个领域的扩展应用、技术深度的延伸，以及反应原理的进一步细化，对仪器 的技术性能提出了越来越高的要求。传统基因扩增设备主流都采用半导体制冷器作为加热 源和制冷源，通常采用铝合金、铜合金或热管型的散热器并通过直接风机风冷形式散热，这 样的基因扩增设备在进行温度敏感试剂或高分辨率实验时往往不能取得理想的结果，影响 了在临床、科研、检验场合的应用，主要体现在：
[0005] 1.半导体制冷器温度性能影响因素众多，且调控手段不多，机构安装工艺要求较 高。半导体制冷器其制冷加热性能不仅与原件自身的材料特性、材料排布特性、热功率分 布、平面度、焊接工艺等相关，还与安装平面度、压力分布均匀性、界面导热材料、环境水汽、 散热面工况等结构和环境相关。因此要发挥最大性能有一定的难度，保持设备不同批号一 致性也有一定难度。
[0006] 2.由于聚合酶链反应是一个高低温循环的技术，试剂中酶活性是随时间衰变的， 同时由于用户检测效率和及时性的要求，决定了基因扩增设备必须是一个尽可能高速运行 的快速升降温系统。在这种情况下，半导体制冷器的工作条件是快速冷热循环，使用状态类 似于变温条件疲劳寿命测试。多次循环后，半导体制冷器元件的承压结构会发生松动，其热 接触和热应力条件及易发生变化，加剧性能退化，因此一般实际使用寿命仅数万次循环。
[0007] 3.半导体制冷器的一面（工作面）带有试管孔的导热模块，另一面（非工作面） 装有散热器，半导体制冷器自身是一个热传导路径，因此半导体制冷器的每个面都对另一 面的温度及其分布均匀性造成影响。在基因扩增设备中，散热器面的温度分布对工作面导 热模块的热分布就有显著影响。散热器面通常还带有风机进行强迫风冷，在此情况下，由 于散热器形状、翅片分布、边缘效应、散热气流路径、端面流量分布、气道阻力等的不一致， 使得半导体制冷器非工作面的热分布成因复杂，虽有一些厂家采用热管散热器进行性能改 进，但这些因素即使经过某些补偿措施也不能有效消除。
[0008] 4.与前几项表述相关，所用散热器有效面积偏小、体积大、重量大、热传导效率低， 风机也带来较大的噪声。导热模块的温度均匀性差、升降温效率低，导致无法应用于温度敏 感试剂和高分辨率实验。 实用新型内容
[0009] 基于此，有必要针对上述传统基因扩增设备在进行温度敏感试剂或高分辨率实验 时不能取得理想效果的问题，提供一种具有液体冷却系统的基因扩增装置。
[0010] 一种具有液体冷却系统的基因扩增装置，包括恒温系统和冷却系统，所述恒温系 统包括半导体制冷器和导热模块，所述半导体制冷器通过所述导热模块对反应试剂加热或 制冷或恒温，所述冷却系统包括收集所述半导体制冷器的热能的集热板、用于散发热能的 散热板、循环管路、冷却液及用于推动所述冷却液流动的循环泵，所述集热板和散热板内分 别设有与所述循环管路连通的第一液体管路和第二液体管路，所述集热板与所述半导体制 冷器相连。
[0011] 在其中一个实施例中，所述集热板上设有第一集热接口和第二集热接口，所述第 一集热接口和第二集热接口将所述第一液体管路与所述循环管路连通，所述第一集热接口 和第二集热接口的数量至少是1。
[0012] 在其中一个实施例中，所述散热板设有第一散热接口和第二散热接口，所述第一 散热接口与所述第二散热接口将所述第二液体管路与所述循环管路连通，所述第一散热接 口和所述第二散热接口的数量至少是1。
[0013] 在其中一个实施例中，所述第一液体管路内部路径可以是并行或串行或分叉或转 折或合并的。
[0014] 在其中一个实施例中，所述第二液体管路内部路径可以是并行或串行或分叉或转 折或合并的。
[0015] 在其中一个实施例中，所述散热板上设有散热翅片。
[0016] 在其中一个实施例中，所述冷却液为发动机防冻液。
[0017] 在其中一个实施例中，所述集热板与半导体制冷器之间设有导热介质。
[0018] 在其中一个实施例中，所述循环管路为耐高温软管。
[0019] 在其中一个实施例中，所述冷却系统还包括风机。
[0020] 上述具有液体冷却系统的基因扩增装置包括恒温系统和冷却系统，冷却系统包括 集热板、散热板、循环管路、冷却液和循环泵，集热板内的第一液体管路、散热板内的第二液 体管路和循环管路相连形成闭合通路，循环泵控制冷却液在该闭合通路中流动或停止，这 样通过冷却液的循环流动来带走集热板上收集的热能，并且在散热板处与环境空气进行热 流交换，从而达到降温的效果，这样的具有液体冷却系统的基因扩增装置与传统的相比，温 度均匀性有较大改善，制冷速率有所提高，且大大提高了该具有液体冷却系统的基因扩增 装置的性价比。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 图1为本实施方式中具有液体冷却系统的基因扩增装置的示意图；
[0022] 图2为本实施方式中集热板的前视图；
[0023] 图3为本实施方式中散热板的前视图。
【具体实施方式】
[0024] 为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本 实用新型的【具体实施方式】做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分 理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域 技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公 开的具体实施例的限制。
[0025] 需要说明的是，当元件被称为"固定于"另一个元件，它可以直接在另一个元件上 或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是"连接"另一个元件，它可以是直接连接 到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
[0026] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领 域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为 了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语"及/或"包 括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0027] 请参照图1、图2和图3,本实施方式提供一种具有液体冷却系统的基因扩增装置 1〇〇。该具有液体冷却系统的基因扩增装置100包括恒温系统和冷却系统，恒温系统用于给 反应试剂加热或制冷或恒温，冷却系统用于将半导体制冷器112的热能通过循环冷却液转 移传输到合适的地方散热。恒温系统包括半导体制冷器112和导热模块111。半导体制冷 器112与导热模块111之间通过导热介质113相连，导热介质113将半导体制冷器112 (工 作面）的热能传递给导热模块111，导热模块111再将热能传递给反应试剂。冷却系统包括 集热板120、散热板130、循环管路140、冷却液及循环泵150,集热板120用于收集导热模块 111和半导体制冷器112 (非工作面）的热能，散热板130用于将集热板120收集的热能散 发出去。集热板120和散热板130内分别设有与循环管路140连通的第一液体管路121和 第二液体管路131，第一液体管路121、第二液体管路131和循环管路140相连，形成一个闭 合通路，冷却液在该闭合通路内循环流动，将集热板120上的热能通过散热板130散发到空 气中。这样的冷却系统可以在传统的基因扩增装置上方便升级，温度均匀性有较大改善，该 具有液体冷却系统的基因扩增装置比传统的基因扩增装置更加适合温度敏感试剂或高分 辨率实验。
[0028] 本实施方式中，反应试剂的温控核心元件为半导体制冷器112,通过给半导体制冷 器112施加指定极性的电源来实现对反应试剂的加热或制冷或恒温。该半导体制冷器112 固定于导热模块111的下方，且两者之间通过导热介质113传递热能。半导体制冷器112 的下方固定有集热板120,两者之间同样是通过导热介质113来传递热能。
[0029] 第一液体管路121两侧分别连接循环管路140,该两根循环管路140的另一端分别 与第二液体管路131两侧相连。循环管路140为耐高温的软管，本实施方式中使用的是钼 金硫化硅胶管。第一液体管路121、第二液体管路131和循环管路140相连，形成一个闭合 通路。循环泵150安装于其中一根循环管路140上，用于推动冷却液在闭合通路内流动或 停止。
[0030] 集热板120经导热介质113与半导体制冷器112或其支撑件固定为一体，集热板 120内部结构形成第一液体管路121，集热板120上开设有可供冷却液流入和流出的第一 集热接口 122和第二集热接口 123,该第一集热接口 122和第二集热接口 123用于将第一 液体管路121与循环管路140连接起来形成通路。第一集热接口 122和第二集热接口 123 的数量至少是1。第一液体管路121内部路径可以以并行、串行、分叉、转折、合并等形式排 列。特别是当采用交叉进水路径时，集热板120上的动态降温特性一致性高，有利于保证半 导体制冷器112 (非工作面）温度的均匀性，并间接使反应试剂的基因扩增实验结果具有一 致性。当冷却系统开启时，集热板120收集到热能，通过流经集热板120内的冷却液将该热 能带走，从而达到冷却的效果。
[0031] 散热板130可以设置于该具有液体冷却系统的基因扩增装置100的任意位置，但 其内部结构与集热板120相同的开设有第二液体管路131，且在散热板130上开设有可供冷 却液流入和流出的第一散热接口 132和第二散热接口 133,该第一散热接口 132和第二散热 接口 133用于将第二液体管路131与循环管路140连接起来，同第一液体管路121形成闭 合通路。第一散热接口 132和第二散热接口 133的数量至少为1。第二液体管路131内部 路径可以以并行、串行、分叉、转折、合并等形式排列。散热板130由金属材质制成，具有高 密度翅片散热结构。当冷却系统开启时，散热板130将冷却液从集热板120处带的热能散 发出去。冷却系统配合半导体制冷器112,以达到快速降温、深度降温的效果。
[0032] 循环泵150安装于循环管路140上，在电信号的控制下推动冷却系统中的冷却液 在闭合通路中流动，还可以根据实际使用需要，增强或削弱冷却液的流动热交换能力。另 夕卜，循环泵150内可以加注冷却液并能储存一定量的液体，以排除闭合通路内的空气。
[0033] 冷却液具有在(TC时不会凝固、在KKTC时不会沸腾汽化、在(TC到KKTC之间为液 态并具有耐腐蚀的特性，例如发动机防冻液，某发动机防冻液的工作温度为零下35摄氏度 至107摄氏度。在本实施方式中，冷却液即使用发动机防冻液。
[0034] 该具有液体冷却系统的基因扩增装置100的冷却系统还包括风机160,该风机160 作用于散热板130上，可以增强散热板130与环境空气的热对流散热效果，从而提高降温速 率。
[0035] 当该具有液体冷却系统的基因扩增装置100处于加热状态时，循环泵150处于关 闭状态，冷却液在闭合通路内处于静止状态，此时导热模块111中的加热能量不会被冷却 系统所损耗。当具有液体冷却系统的基因扩增装置100处于冷却状态时，半导体制冷器112 被关断，循环泵150处于开启状态，第一液体管路121中的冷却液被驱动流经循环管路140 和第二液体管路131，在第二液体管路131处与环境空气进行对流热交换，而风机160则增 强了散热板130的热交换作用。通过控制冷却液在闭合通路内循环流动，导热模块111温度 得以迅速下降，从而带动反应试剂温度快速下降。这样的具有液体冷却系统的基因扩增装 置可以在传统的基因扩增装置上方便地升级，温度均匀性有较大改善，制冷速率有所提高， 且大大提高了该具有液体冷却系统的基因扩增装置100的性价比。
[0036] 以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通 技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属 于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1. 一种具有液体冷却系统的基因扩增装置，包括恒温系统和冷却系统，所述恒温系统 包括半导体制冷器和导热模块，所述半导体制冷器通过所述导热模块对反应试剂加热或制 冷或恒温，其特征在于，所述冷却系统包括收集所述半导体制冷器的热能的集热板、用于散 发热能的散热板、循环管路、冷却液及用于推动所述冷却液流动的循环泵，所述集热板和散 热板内分别设有与所述循环管路连通的第一液体管路和第二液体管路，所述集热板与所述 半导体制冷器相连。
2. 根据权利要求1所述的具有液体冷却系统的基因扩增装置，其特征在于，所述集热 板上设有第一集热接口和第二集热接口，所述第一集热接口和第二集热接口将所述第一液 体管路与所述循环管路连通，所述第一集热接口和第二集热接口的数量至少是1。
3. 根据权利要求1所述的具有液体冷却系统的基因扩增装置，其特征在于，所述散热 板设有第一散热接口和第二散热接口，所述第一散热接口与所述第二散热接口将所述第二 液体管路与所述循环管路连通，所述第一散热接口和所述第二散热接口的数量至少是1。
4. 根据权利要求1所述的具有液体冷却系统的基因扩增装置，其特征在于，所述第一 液体管路内部路径可以是并行或串行或分叉或转折或合并的。
5. 根据权利要求1所述的具有液体冷却系统的基因扩增装置，其特征在于，所述第二 液体管路内部路径可以是并行或串行或分叉或转折或合并的。
6. 根据权利要求1所述的具有液体冷却系统的基因扩增装置，其特征在于，所述散热 板上设有散热翅片。
7. 根据权利要求1所述的具有液体冷却系统的基因扩增装置，其特征在于，所述冷却 液为发动机防冻液。
8. 根据权利要求1所述的具有液体冷却系统的基因扩增装置，其特征在于，所述集热 板与半导体制冷器之间设有导热介质。
9. 根据权利要求1所述的具有液体冷却系统的基因扩增装置，其特征在于，所述循环 管路为耐高温软管。
10. 根据权利要求1-9中任一项所述的具有液体冷却系统的基因扩增装置，其特征在 于，所述冷却系统还包括风机。
【文档编号】C12M1/00GK204022809SQ201420256315
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】刘志华, 冯东平, 沈鹏, 李社刚, 聂尚, 申跃华 申请人:苏州东胜兴业科学仪器有限公司