本發(fā)明屬于溫差電應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種分段式微流控芯片控溫裝置。

背景技術(shù)：

隨著微流控技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，越來(lái)越多的各種生物和化學(xué)實(shí)驗(yàn)例如數(shù)字PCR、細(xì)胞培養(yǎng)、材料合成、藥物篩選等都將在一個(gè)小小的微流控芯片中實(shí)現(xiàn)。通常這些實(shí)驗(yàn)都需要在一定的溫度下才能順利的發(fā)生反應(yīng)，這個(gè)溫度范圍一般在-40-100℃。

目前，上述在微流控芯片中的實(shí)驗(yàn)大多都是通過(guò)使用高低溫箱或者溫度循環(huán)試驗(yàn)箱進(jìn)行控溫來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，這些設(shè)備不僅控溫精度較低，工作溫度范圍也較小，并且體積和功耗都很大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供了一種溫度控制裝置，本裝置具有控溫精度高、工作溫度范圍大、散熱效果好、能耗小的特點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種分段式微流控芯片控溫裝置，其特征在于：包括控溫平臺(tái)、智能溫度調(diào)節(jié)器、和恒溫循環(huán)裝置，所述控溫平臺(tái)由外向內(nèi)由外殼、冷板和熱板、冷面向上的半導(dǎo)體制冷片、加熱器、散熱器、金屬導(dǎo)管構(gòu)成，冷熱板中有溫度測(cè)量器。智能溫度調(diào)節(jié)器與加熱器和溫差電致冷組件相連；恒溫循環(huán)器上的進(jìn)口連接控溫平臺(tái)中水套的出水口，恒溫循環(huán)器上的出水口連接控溫平臺(tái)中水套的進(jìn)水口。

進(jìn)一步地，所述控溫平臺(tái)固定在使用3D打印出來(lái)的外殼之中，控溫平臺(tái)的冷板和熱板為臺(tái)階型銅質(zhì)結(jié)構(gòu)，冷板和熱板的凸臺(tái)部位鑲嵌在外殼上部的方孔內(nèi)，凸臺(tái)上表面與外殼表面在一個(gè)平面上；冷、熱板與溫差電致冷組件使用導(dǎo)熱硅膠粘接，冷板和熱板側(cè)面有一孔，孔的軸線(xiàn)與冷板上表面平行，所述溫度測(cè)量器為置于冷板和熱板側(cè)面孔內(nèi)的PT100鉑電極；溫差電致冷組件由一個(gè)高性能的微型半導(dǎo)體制冷器(Ferrotec 9503/035/025 M)構(gòu)成，溫差電致冷組件的冷面、熱面均涂抹有導(dǎo)熱硅脂；所述的加熱器組件由陶瓷加熱器構(gòu)成，加熱器使用導(dǎo)熱硅膠與熱板連接在一起；散熱器為銅質(zhì)的階梯狀部件，內(nèi)部有U型凹槽用來(lái)安裝冷卻液管道，外殼側(cè)面對(duì)應(yīng)部位有水套進(jìn)水口和水套出水口，所述恒溫循環(huán)器為置于箱體外的HX-1050型恒溫循環(huán)器。

進(jìn)一步地，所述制冷片和加熱片為微型半導(dǎo)體制冷片和微型陶瓷加熱片。

進(jìn)一步地，所述外殼為3D打印而成可以根據(jù)需要改變冷板和熱板的大小和數(shù)量。

進(jìn)一步地，所述控溫平臺(tái)是由多個(gè)獨(dú)立的冷板和熱板組成，每個(gè)冷板和熱板溫度獨(dú)立控制互不影響。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)管為紫銅導(dǎo)管。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1、采用進(jìn)口的高性能的微型半導(dǎo)體制冷器(Ferrotec 9503/035/025 M)，確保本裝置具有足夠的致冷深度和致冷速度；制冷制熱段分為七個(gè)區(qū)段，制冷區(qū)段都由一個(gè)獨(dú)立控制的半導(dǎo)體制冷片來(lái)調(diào)控溫度，制熱區(qū)由一個(gè)獨(dú)立的加熱器來(lái)調(diào)控溫度，不同區(qū)段的溫度可以獨(dú)立的控制；通過(guò)Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)高精度自動(dòng)溫控，溫控范圍和精度達(dá)到-40℃-100℃(±0.2℃)，使用的微型制冷片和炙熱片滿(mǎn)足微流控芯片體積小的特點(diǎn)，可以大量減少了試驗(yàn)?zāi)芎?，降低了使用成本，整個(gè)測(cè)溫區(qū)溫度場(chǎng)分布均勻、穩(wěn)定。

2、采用具有自動(dòng)PID控制功能的外置式HX-1050型恒溫循環(huán)器，由循環(huán)液體將溫差電致冷組件熱面產(chǎn)生的廢熱帶走，通過(guò)自動(dòng)PID控制，使循環(huán)液體的溫度范圍保持在-10℃-50℃，滿(mǎn)足本裝置的散熱要求。

3、采用Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互使用，并與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)通訊，保證控溫準(zhǔn)確可靠。

4、本裝置適用于在微流控芯片中控溫實(shí)現(xiàn)微流控芯片中的生物PCR、液滴和膠囊凝固融化、晶體相變、材料合成等實(shí)驗(yàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為控溫裝置外形示意圖；

圖2為圖1中控溫裝置主視示意圖；

圖3為圖2中A-A剖視示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖并通過(guò)具體實(shí)施實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施實(shí)例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖3：從左到右依次由智能溫度調(diào)節(jié)器1，控溫平臺(tái)，和恒溫循環(huán)裝置12構(gòu)成分段式微流控芯片控溫裝置，所述智能溫度調(diào)節(jié)器上有與計(jì)算機(jī)外接使用的com接口4，與溫度測(cè)量器22連接的模塊2，與加熱片和制冷片21連接的模塊3，所述控溫平臺(tái)由外向內(nèi)由外殼8、冷板10和熱板7、9、11，冷面向上的半導(dǎo)體制冷片21和加熱片、散熱器16、金屬導(dǎo)管17、18構(gòu)成，冷熱板中有溫度測(cè)量器22。智能溫度調(diào)節(jié)器與加熱器和溫差電致冷組件之間使用銅導(dǎo)線(xiàn)5相連，智能溫度調(diào)節(jié)器與溫度測(cè)量器之間使用銅導(dǎo)線(xiàn)6相連；恒溫循環(huán)器12上的進(jìn)口14使用橡膠管13與控溫平臺(tái)中銅管的出水口18相連，恒溫循環(huán)器上的出水口15連接控溫平臺(tái)中銅管的進(jìn)水口17。

控溫平臺(tái)固定在使用3D打印出來(lái)的外殼之中，控溫平臺(tái)的冷板和熱板為臺(tái)階型銅質(zhì)結(jié)構(gòu)，冷板和熱板的凸臺(tái)部位鑲嵌在外殼上部的方孔內(nèi)，凸臺(tái)上表面與外殼表面在一個(gè)平面上；冷板與溫差電致冷組件使用導(dǎo)熱硅膠粘接，冷板和熱板側(cè)面有一孔，孔的軸線(xiàn)與冷板上表面平行，所述溫度測(cè)量器為置于冷板和熱板側(cè)面孔內(nèi)的PT100鉑電極；溫差電致冷組件由一個(gè)高性能的微型半導(dǎo)體制冷器(Ferrotec 9503/035/025 M)構(gòu)成，差電致冷組件的冷面、熱面均涂抹有導(dǎo)熱硅脂；散熱器為銅質(zhì)的階梯狀部件，內(nèi)部有U型凹槽用來(lái)安裝冷卻液管道，外殼側(cè)面對(duì)應(yīng)部位有水套進(jìn)水口和水套出水口，所述恒溫循環(huán)器為置于箱體外的HX-1050型恒溫循環(huán)器。

Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器通過(guò)RS232COM實(shí)現(xiàn)Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器與上位機(jī)的連接，完成實(shí)時(shí)通訊和數(shù)據(jù)傳輸功能；Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器與制冷片和加熱器直接相連，當(dāng)電源開(kāi)啟，Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器能夠保證Ferrotec 9503/035/025 M溫差電致冷組件和加熱器正常直流供電，確保致冷器的致冷需求和加熱器的加熱需求；Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器與PT100鉑電阻端子相連接，通過(guò)PT100鉑電阻為T(mén)empco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器提供電阻輸入?yún)?shù)，實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

溫度控制

當(dāng)Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器接通電源，Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器接受來(lái)自PT100鉑電阻的溫度反饋信息，通過(guò)程序控制Ferrotec 9503/035/025 M溫差電致冷組件和陶瓷加熱器的啟動(dòng)和停止工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)溫度控制器的控溫要求，滿(mǎn)足-40℃-100℃，控溫精度±0.2℃的要求。Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器保證裝置升、降溫速率的要求，設(shè)置速率超過(guò)系統(tǒng)最大參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)延時(shí)按照最大速率參數(shù)升降溫。也可以根據(jù)需要采用分段程序設(shè)置控溫方式，實(shí)現(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)、實(shí)施程序控制和實(shí)時(shí)人機(jī)操作，信息互通，保證控溫準(zhǔn)確可靠。Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器具備PID自整定功能，可實(shí)現(xiàn)任意斜率的升、降溫控制，具有循環(huán)跳轉(zhuǎn)、運(yùn)行、暫停等可編程操作命令，允許在程序運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí)修改程序。HX-1050型恒溫循環(huán)器作為外置式液冷循環(huán)散熱裝置，以循環(huán)液體為載體，確保液體穩(wěn)態(tài)勻速流動(dòng)，提供液體循環(huán)散熱的動(dòng)力，將Ferrotec 9503/035/025 M溫差電致冷組件熱面產(chǎn)生的廢熱帶走，循環(huán)液體溫控范圍保持在-10℃-50℃，完全滿(mǎn)足高低溫試驗(yàn)裝置散熱需求。

本裝置的工作原理：利用溫差電致冷組件在局部產(chǎn)生足夠大的致冷量，實(shí)現(xiàn)足夠大的致冷深度和足夠快的致冷速度，使用陶瓷加熱片對(duì)熱板進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)熱板的溫度控制，采用Tempco TEC-220程序型智能溫度調(diào)節(jié)器通過(guò)收集溫度測(cè)量器的反饋參數(shù)，自動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上每個(gè)熱板和冷板中加熱片和制冷組件的運(yùn)行和停止，實(shí)現(xiàn)工作溫區(qū)內(nèi)的各個(gè)溫度高精度自動(dòng)溫控。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。