用于PCR装置的温度循环装置及PCR装置的制作方法

用于pcr装置的温度循环装置及pcr装置
技术领域
[0001]
本实用新型涉及一种用于pcr装置的温度循环装置及pcr装置。


背景技术：

[0002]
聚合酶链式反应(pcr,polymerase chain reaction)是一种用于放大扩增特定的dna片段的分子生物学技术
[0003]
pcr是利用dna在体外摄氏95
°
高温时变性会变成单链，低温(经常是60℃左右)时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至dna聚合酶最适反应温度(72℃左右)，dna聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链。基于聚合酶制造的pcr仪实际就是一个温控设备，能在变性温度，复性温度，延伸温度之间很好地进行控制。
[0004]
目前，pcr装置在进行反应时，通常会采用多组试管同时进行的方式，对温度控制的均衡性有一定的要求。例如处于边缘部分的试管往往温度的受控程度低于排列于试管阵列中心部分。
[0005]
有鉴于此，文献1(公开号cn208577718u)公开了一种均匀传热的水冷板，包括主板体，所述主板体上设有依次连通的水流进口、进水分流腔、水流换热腔、出水汇流腔和水流出口，正对所述水流换热腔的主板体上表面为传热面，所述水流换热腔包括多个并排设置的u形流道，每个u形流道的进水端与进水分流腔连通，每个u形流道的出水端与出水汇流腔连通。由于u形流道内的介质水是不断流动的，经过换热后，出水端的水温最高，进水端的水温最低，u形流道两侧的水温是相接近的，因为u形流道中间的间隔区是热的良导体，会将两侧热量交换。
[0006]
简而言之，文献1的方案中，通过多个流道共用进水口和出水口的结构，来实现均匀换热。但是，由于多个流道共用进出水口时，若流道的数量较少或者流量较小，则花费功夫采用复杂结构进行均衡温度的意义不大。在流道数量较多，即传热面较大的情况下，为了支持流道内水流分部均匀，需要在换热装置内部增加一体式的离心室和离心泵，这使得换热装置整体体积庞大笨重。另一方面流道、离心泵等一体设施中只要其中一个零部件发生损坏，则需要全部打开才能修理、维护。此外，由于传热面积大，需要使用的传感器数量更多，同时控制精度也会降低。


技术实现要素：

[0007]
本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有的pcr控温装置体积庞大、难以维护且控制精度较低的缺陷，提供一种空间利用率更高、精度更高且易于维护的用于pcr装置的温度循环装置及pcr装置。
[0008]
本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
[0009]
在第一方面中，本申请提供一种用于pcr装置的温度循环装置，其特征在于，所述用于pcr装置的温度循环装置包括热循环模块，以及通过循环管道流体连通的导热介质存储箱、动力装置、水冷头和散热装置；
[0010]
其中，所述导热介质存储箱用于提供液态的导热介质，所述动力装置用于为所述导热介质的循环流动提供动力，所述水冷头包括相对的两个侧面，所述散热装置用于使所述导热介质降温；
[0011]
其中，所述热循环模块包括所述水冷头、设置在所述水冷头一侧面之上的热电半导体控温片以及设置在所述热电半导体控温片另一侧面之上的导热体。
[0012]
在第一方面的一种实施方式中，所述热循环模块还包括设置在所述水冷头另一个侧面之上的隔热块，所述隔热块包覆所述水冷头和所述热电半导体控温片。
[0013]
在第一方面的一种实施方式中，所述热循环模块内还设置有温度传感器，所述温度传感器用于检测所述热电半导体控温片的温度。
[0014]
在第一方面的一种实施方式中，用于pcr装置的温度循环装置还包括风扇，所述风扇固定连接到所述散热装置。
[0015]
在第一方面的一种实施方式中，所述水冷头与所述热电半导体控温片相接的面的面积大于或等于所述热电半导体控温片的面积。
[0016]
在第一方面的一种实施方式中，所述导热体与所述热电半导体控温片相接的面的面积大于或等于所述热电半导体控温片的面积。
[0017]
在第一方面的一种实施方式中，所述用于pcr装置的温度循环装置包括至少两个热循环模块，所述导热介质以串联连接或并联连接的方式流经各热循环模块的水冷头。
[0018]
在第一方面的一种实施方式中，所述导热体上设有用于传输光信号的光纤和用于容纳pcr管的若干容器。
[0019]
在第一方面的一种实施方式中，所述导热介质为电子氟化液；
[0020]
所述动力装置为泵；
[0021]
所述散热装置为散热铜排；
[0022]
所述导热体为导热铜块；
[0023]
所述热电半导体控温片为帕尔贴片。
[0024]
在第二方面中，本申请提供一种pcr装置，其包括有如第一方面所述的用于pcr装置的温度循环装置。
[0025]
本实用新型的有益效果在于：导热介质存储箱、热循环模块相可以根据pcr装置的具体构造，在合理的位置进行安装，使得空间利用率更好，易于小型化，当部分部件产生故障时，不需要全部打开即可维护、修理，并且可以在热循环模块内使用更少的传感器即可达到更高的温度控制精度。
附图说明
[0026]
图1为本实用新型较佳实施例的用于pcr装置的温度循环装置的结构示意图。
[0027]
图2为本实用新型较佳实施例的热循环模块的结构示意图。
[0028]
图3为本实用新型较佳实施例的导热介质流通环路的结构示意图。
具体实施方式
[0029]
在一种优选的实施方式中，本申请提供一种用于pcr装置的温度循环装置，其特征在于，所述用于pcr装置的温度循环装置包括热循环模块，以及通过循环管道流体连通的导
热介质存储箱、动力装置、水冷头和散热装置。此处，导热介质存储箱和热循环模块相互独立的设置到pcr装置内，由于该二者是可以分离的，因此可以根据pcr装置的具体构造，选择更合理的位置进行安装，使得pcr装置的空间利用率更好，易于小型化。其次，由于导热介质存储箱和热循环模块可分别单独设置于pcr装置内，当部分部件产生故障时，不需要全部打开即可维护、修理。此外，由于pcr装置的空间利用率更好，易于小型化，可以在热循环模块内使用更少的传感器即可达到更高的温度控制精度。
[0030]
较佳的，所述热循环模块包括热电半导体控温片，所述热电半导体控温片的一侧设置有导热体，所述热电半导体控温片的另一侧设置在所述水冷头的一侧面上。此处，热电半导体控温片的两侧端面一个用于吸热一个用于放热，使得位于一侧的介质的上下游温度差不会在热电半导体控温片的另一侧体现，使得搭载容器的热导体各个部分受热更为均匀。
[0031]
较佳的，所述用于pcr装置的温度循环装置包括至少两个热循环模块，所述导热介质以串联连接或并联连接的方式流经各热循环模块的水冷头。此处，由于热循环模块可以是独立的模块，在有需要的情况下可以自由添加更多的热循环模块以同时对更多的容器进行温度控制。由于单个热循环模块内的导热介质流通环路的路径长度可以设置到较短，上下游介质的温差不大，可以采用串联的方式。同样，由于热电半导体控温片也可以起到均衡温度的作用，串联连接的方式也适用于采用热电半导体控温片进行控温的场合。在单个热循环模块内的导热介质流通环路的路径长度较长，导致介质上下游温度差大，不适合串联连接的情况下，可以采用三通阀或者多通阀的方式分流，并联连接每个热循环模块。
[0032]
较佳的，所述用于pcr装置的温度循环装置还包括有风扇，所述风扇固定连接到所述散热装置。此处，增加风扇，可以增加温度调控的手段和冗余，进一步提升温度控制的精度。需要说明的是，此处风扇仅是辅助制冷，因此所需风扇要求低，噪音小。
[0033]
本实用新型还涉及一种pcr装置，其包括上所述的用于pcr装置的温度循环装置。
[0034]
下面通过实施例的方式，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。
[0035]
图1为本实施例的用于pcr装置的温度循环装置的结构示意图。图2为本实用新型较佳实施例的热循环模块的结构示意图。如图1和图2所示，本实施例涉及的用于pcr装置的温度循环装置包括热循环模块5，以及通过循环管路6流体连通的导热介质存储箱4、动力装置3、水冷头13和散热装置1。
[0036]
其中，导热介质存储箱4存储液态的导热介质。导热介质优选地为电子氟化液，其特点是不导电，粘度低，水泵扬程要求小。在一种优选的实施方式中，所述导热介质为3m fc-40电子氟化液。管路6的两端分别连通到导热介质存储箱4，形成导热介质流通环路。热循环模块5固定至导热介质流通环路上，具体为连接到水冷头13上，并可搭载有用于容纳pcr管的若干容器以及用于传输信号的光纤。动力装置3连接到管路6，用于为导热介质流通环路的导热介质循环提供动力。此处，导热介质存储箱4、热循环模块5相互独立的设置到pcr装置内，由于该二者是可以分离的，因此可以根据pcr装置的具体构造，选择更合理的位置进行安装，使得pcr装置的空间利用率更好，易于小型化。其次，由于导热介质存储箱4、热循环模块5可分别单独设置于pcr装置内，当部分部件产生故障时，不需要全部打开即可维护、修理。此外，由于pcr装置的空间利用率更好，易于小型化，可以在热循环模块5内使用更少的传感器即可达到更高的温度控制精度。
[0037]
具体到本实施例中，采用3m fc-40电子氟化液作为导热介质，动力装置3安装在导热介质存储箱4的出水口处。管路及导热介质存储箱4形成的导热介质流通环路是一个闭合的环路，因此，在其它的实施例中，动力装置3可以安装在导热介质流通环路让任意一个位置。但一般不能装在水冷头13之后，散热装置1之前，因为导热介质温度高，容易导致动力装置受到损坏。具体安装位置可以以pcr装置的大小和其他内部部件的排布结构为准进行调整。同时，在其他的实施例中，也可以使用水以外的导热介质，例如熔盐等。在本实施例中，动力装置3为水泵，在其他的实施例中，根据介质的不同动力装置也可以是涡轮等为液态的介质提供动力的装置。
[0038]
此外，用于pcr装置的温度循环装置还包括有风扇2，风扇2可固定至散热装置1上。此处，增加风扇2，并进一步在风扇上固定散热装置1，可以增加温度调控的手段和冗余，进一步提升温度控制的精度。另，由于风扇2是与导热介质流通环路配合使用，不需要选用大功率的风扇，因此在工作时，风扇产生的噪声和震动都可以控制在较低的程度。
[0039]
具体到本实施例中，散热装置1为铜排。
[0040]
图2为本实施例的热循环模块的结构示意图。如图2所示，热循环模块5包括热电半导体控温片11，热电半导体控温片11的一侧设置可与容器连接的导热体10，热电半导体控温片11的另一侧固定至水冷头13上。此处，热电半导体控温片11的两侧端面一个用于吸热一个用于放热，使得位于一侧的介质的上下游温度差不会在热电半导体控温片11的另一侧体现，使得搭载容器的热导体各个部分受热更为均匀。
[0041]
具体的，热电半导体控温片11为帕尔贴(peltier)，通上电源之后，帕尔贴的冷端(即上述热电半导体控温片11的一个侧面)的热量被移到热端，导致冷端温度降低，热端温度升高。
[0042]
导热介质流通环路上，流经热循环模块5的一段管路连接至水冷头13内。这样，一方面可以降低水冷头进水管和出水管管路内上下游导热介质的温度差，使得温度传导更为均衡。另一方面，管路的温度也可以先传递至容纳管路的水冷头13，进一步使得温度在水冷头13与热电半导体控温片11的接触面上更均匀的传递。
[0043]
具体到本实施例，水冷头13上仅留有供管路进出的两个通孔。同时，隔热块14与导热体10共同形成封闭的空间，仅保留供管路进出的缺口。温度传感器12可以设置在热电半导体控温片11与导热体10之间的位置。导热体10搭载有支架，以固定用于pcr反应的试管。本实施例中，导热体10由铜块制成，
[0044]
水冷头13与热电半导体控温片11相接的面的面积大于或等于热电半导体控温片11的面积。此处，由于水冷头13与热电半导体控温片11相接的面的非边缘的温度更均匀，因此考虑设置该面的面积大于等于热电半导体控温片11的相应侧面的面积。
[0045]
导热体10与热电半导体控温片11相接的面的面积大于或等于热电半导体控温片11的面积。此处，为了让导热体10的温度传导更为均匀，通常该面的面积应设置到与热电半导体控温片11的对应侧面的面积相等，有时需要导热体面积也可以稍微大于热电半导体控温片11的对应侧面的面积以利于机械配合。
[0046]
热循环模块5还包括有隔热块14，隔热块14包覆水冷头13和热电半导体控温片11，热循环模块5内还设置有温度传感器12。此处，隔热块可以将热循环模块中的具有热传递功能的部件大部分与外界阻隔，减少在换热过程中的能量损失。温度传感器12可以为热电半
导体控温片11提供温度控制相关参数的反馈。
[0047]
图3为本实施例的导热介质流通环路的结构示意图。如图3所示，介质(例如，电子氟化液流)依照图3中箭头的方向，依次流经导热介质存储箱4、动力装置3、热循环模块5中的水冷头13以及散热装置1。
[0048]
在另外的实施例中，热循环模块5为至少两个(图中未显示)，导热介质流通环路固定至热循环模块5的管路6之间为串联连接。此处，由于热循环模块5可以是独立的模块，在有需要的情况下可以自由添加更多的热循环模块5以同时对更多的容器进行温度控制。由于单个热循环模块5内的导热介质流通环路的路径长度可以设置到较短，上下游介质的温差不大，可以采用串联的方式。同样，由于热电半导体控温片11也可以起到均衡温度的作用，串联连接的方式也适用于采用热电半导体控温片11进行控温的场合。
[0049]
在另外的实施例中，热循环模块5为至少两个(图中未显示)，导热介质流通环路固定至热循环模块5的管路6之间通过多通连接阀并联连接。使用多通连接阀可以使得进出每个热循环模块5的介质的温度更均等。在单个热循环模块5内的导热介质流通环路的路径长度较长，导致介质上下游温度差大，不适合串联连接的情况下，可以采用三通阀或者多通阀的方式分流，并联连接每个热循环模块5。
[0050]
本实用新型的其他实施例中还涉及一种pcr装置，其包括上述实施例中的用于pcr装置的温度循环装置。
[0051]
上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。