પીસીઆર માટે થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ

પેલ્ટિયર કૂલિંગ (પેલ્ટિયર ઇફેક્ટ પર આધારિત થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ ટેકનોલોજી) તેની ઝડપી પ્રતિક્રિયા, ચોક્કસ તાપમાન નિયંત્રણ અને કોમ્પેક્ટ કદને કારણે પીસીઆર (પોલિમરેઝ ચેઇન રિએક્શન) સાધનો માટે તાપમાન નિયંત્રણ પ્રણાલીની મુખ્ય તકનીકોમાંની એક બની ગઈ છે, જે પીસીઆરની કાર્યક્ષમતા, ચોકસાઈ અને એપ્લિકેશન દૃશ્યોને ઊંડો પ્રભાવિત કરે છે. પીસીઆરની મુખ્ય આવશ્યકતાઓથી શરૂ કરીને થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ (પેલ્ટિયર કૂલિંગ) ના ચોક્કસ એપ્લિકેશનો અને ફાયદાઓનું વિગતવાર વિશ્લેષણ નીચે મુજબ છે:

I. PCR ટેકનોલોજીમાં તાપમાન નિયંત્રણ માટેની મુખ્ય આવશ્યકતાઓ

પીસીઆરની મુખ્ય પ્રક્રિયા ડિનેચ્યુરેશન (90-95℃), એનિલિંગ (50-60℃), અને એક્સટેન્શન (72℃) નું પુનરાવર્તિત ચક્ર છે, જેમાં તાપમાન નિયંત્રણ પ્રણાલી માટે અત્યંત કડક આવશ્યકતાઓ છે.

તાપમાનમાં ઝડપી વધારો અને ઘટાડો: એક ચક્રનો સમય ટૂંકો કરો (ઉદાહરણ તરીકે, 95℃ થી 55℃ સુધી ઘટવામાં માત્ર થોડીક સેકન્ડ લાગે છે), અને પ્રતિક્રિયા કાર્યક્ષમતામાં વધારો કરો;

ઉચ્ચ-ચોકસાઇ તાપમાન નિયંત્રણ: એનિલિંગ તાપમાનમાં ±0.5℃ નું વિચલન બિન-વિશિષ્ટ એમ્પ્લીફિકેશન તરફ દોરી શકે છે, અને તેને ±0.1℃ ની અંદર નિયંત્રિત કરવું જોઈએ.

તાપમાન એકરૂપતા: જ્યારે બહુવિધ નમૂનાઓ એકસાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, ત્યારે પરિણામના વિચલનને ટાળવા માટે નમૂના કુવાઓ વચ્ચે તાપમાનનો તફાવત ≤0.5℃ હોવો જોઈએ.

લઘુચિત્રીકરણ અનુકૂલન: પોર્ટેબલ PCR (જેમ કે ઓન-સાઇટ પરીક્ષણ POCT દૃશ્યો) કદમાં કોમ્પેક્ટ અને યાંત્રિક ઘસારાના ભાગોથી મુક્ત હોવા જોઈએ.

II. પીસીઆરમાં થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગના મુખ્ય ઉપયોગો

થર્મોઇલેક્ટ્રિક કુલર ટીઈસી, થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ, પેલ્ટીયર મોડ્યુલ ડાયરેક્ટ કરંટ દ્વારા "હીટિંગ અને કૂલિંગનું દ્વિદિશ સ્વિચિંગ" પ્રાપ્ત કરે છે, જે પીસીઆરની તાપમાન નિયંત્રણ આવશ્યકતાઓને સંપૂર્ણ રીતે પૂર્ણ કરે છે. તેના ચોક્કસ ઉપયોગો નીચેના પાસાઓમાં પ્રતિબિંબિત થાય છે:

1. તાપમાનમાં ઝડપી વધારો અને ઘટાડો: પ્રતિક્રિયા સમય ટૂંકો કરો

સિદ્ધાંત: પ્રવાહની દિશા બદલીને, TEC મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર ડિવાઇસ ઝડપથી "હીટિંગ" (જ્યારે પ્રવાહ આગળ હોય છે, ત્યારે TEC મોડ્યુલનો ગરમી-શોષક છેડો, પેલ્ટિયર મોડ્યુલ ગરમી-મુક્ત કરનાર છેડો બને છે) અને "ઠંડક" (જ્યારે પ્રવાહ વિપરીત હોય છે, ત્યારે ગરમી-મુક્ત કરનાર છેડો ગરમી-શોષક છેડો બને છે) મોડ્સ વચ્ચે સ્વિચ કરી શકે છે, જેનો પ્રતિભાવ સમય સામાન્ય રીતે 1 સેકન્ડ કરતા ઓછો હોય છે.

ફાયદા: પરંપરાગત રેફ્રિજરેશન પદ્ધતિઓ (જેમ કે પંખા અને કોમ્પ્રેસર) ગરમી વહન અથવા યાંત્રિક ગતિવિધિ પર આધાર રાખે છે, અને ગરમી અને ઠંડક દર સામાન્ય રીતે 2℃/s કરતા ઓછા હોય છે. જ્યારે TEC ને ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા મેટલ બ્લોક્સ (જેમ કે કોપર અને એલ્યુમિનિયમ એલોય) સાથે જોડવામાં આવે છે, ત્યારે તે 5-10℃/s નો ગરમી અને ઠંડક દર પ્રાપ્ત કરી શકે છે, જે સિંગલ PCR ચક્ર સમય 30 મિનિટથી ઘટાડીને 10 મિનિટથી ઓછો કરી શકે છે (જેમ કે ઝડપી PCR સાધનોમાં).

2. ઉચ્ચ-ચોકસાઇ તાપમાન નિયંત્રણ: એમ્પ્લીફિકેશન વિશિષ્ટતાની ખાતરી કરવી

સિદ્ધાંત: TEC મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલની આઉટપુટ પાવર (હીટિંગ/કૂલિંગ ઇન્ટેન્સિટી) વર્તમાન તીવ્રતા સાથે રેખીય રીતે સંકળાયેલી છે. ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા તાપમાન સેન્સર (જેમ કે પ્લેટિનમ રેઝિસ્ટન્સ, થર્મોકપલ) અને PID ફીડબેક કંટ્રોલ સિસ્ટમ સાથે જોડીને, ચોક્કસ તાપમાન નિયંત્રણ પ્રાપ્ત કરવા માટે વર્તમાનને વાસ્તવિક સમયમાં ગોઠવી શકાય છે.

ફાયદા: તાપમાન નિયંત્રણ ચોકસાઈ ±0.1℃ સુધી પહોંચી શકે છે, જે પરંપરાગત લિક્વિડ બાથ અથવા કોમ્પ્રેસર રેફ્રિજરેશન (±0.5℃) કરતા ઘણી વધારે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો એનિલિંગ તબક્કા દરમિયાન લક્ષ્ય તાપમાન 58℃ હોય, તો TEC મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર કુલર, પેલ્ટિયર તત્વ આ તાપમાનને સ્થિર રીતે જાળવી શકે છે, તાપમાનના વધઘટને કારણે પ્રાઇમર્સના બિન-વિશિષ્ટ બંધનને ટાળે છે અને એમ્પ્લીફિકેશન વિશિષ્ટતામાં નોંધપાત્ર વધારો કરે છે.

૩. લઘુચિત્ર ડિઝાઇન: પોર્ટેબલ પીસીઆરના વિકાસને પ્રોત્સાહન આપવું

સિદ્ધાંત: TEC મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર એલિમેન્ટ, પેલ્ટિયર ડિવાઇસનું વોલ્યુમ ફક્ત થોડા ચોરસ સેન્ટિમીટર છે (ઉદાહરણ તરીકે, 10×10mm TEC મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર મોડ્યુલ એક જ નમૂનાની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકે છે), તેમાં કોઈ યાંત્રિક ગતિશીલ ભાગો નથી (જેમ કે કોમ્પ્રેસરનો પિસ્ટન અથવા પંખા બ્લેડ), અને તેને રેફ્રિજન્ટની જરૂર નથી.

ફાયદા: જ્યારે પરંપરાગત પીસીઆર સાધનો ઠંડક માટે કોમ્પ્રેસર પર આધાર રાખે છે, ત્યારે તેમનું પ્રમાણ સામાન્ય રીતે 50L થી વધુ હોય છે. જો કે, થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ મોડ્યુલ, થર્મોઇલેક્ટ્રિક મોડ્યુલ, પેલ્ટિયર મોડ્યુલ, ટીઇસી મોડ્યુલનો ઉપયોગ કરતા પોર્ટેબલ પીસીઆર સાધનો 5L કરતા ઓછા (જેમ કે હાથથી પકડેલા ઉપકરણો) સુધી ઘટાડી શકાય છે, જે તેમને ક્ષેત્ર પરીક્ષણ (જેમ કે રોગચાળા દરમિયાન સ્થળ પર સ્ક્રીનીંગ), ક્લિનિકલ બેડસાઇડ પરીક્ષણ અને અન્ય પરિસ્થિતિઓ માટે યોગ્ય બનાવે છે.

4. તાપમાન એકરૂપતા: વિવિધ નમૂનાઓમાં સુસંગતતા સુનિશ્ચિત કરો

સિદ્ધાંત: TEC એરેના બહુવિધ સેટ ગોઠવીને (જેમ કે 96-વેલ પ્લેટને અનુરૂપ 96 માઇક્રો TEC), અથવા ગરમી-શેરિંગ મેટલ બ્લોક્સ (ઉચ્ચ થર્મલ વાહકતા સામગ્રી) સાથે સંયોજનમાં, TEC માં વ્યક્તિગત તફાવતોને કારણે થતા તાપમાનના વિચલનોને સરભર કરી શકાય છે.

ફાયદા: નમૂના કુવાઓ વચ્ચેના તાપમાનના તફાવતને ±0.3℃ ની અંદર નિયંત્રિત કરી શકાય છે, જે ધાર કુવાઓ અને મધ્ય કુવાઓ વચ્ચેના અસંગત તાપમાનને કારણે થતા એમ્પ્લીફિકેશન કાર્યક્ષમતાના તફાવતોને ટાળે છે, અને નમૂના પરિણામોની તુલનાત્મકતા (જેમ કે રીઅલ-ટાઇમ ફ્લોરોસેન્સ ક્વોન્ટિટેટિવ ​​પીસીઆરમાં સીટી મૂલ્યોની સુસંગતતા) સુનિશ્ચિત કરે છે.

5. વિશ્વસનીયતા અને જાળવણી: લાંબા ગાળાના ખર્ચમાં ઘટાડો

સિદ્ધાંત: TEC માં કોઈ પહેરવાના ભાગો નથી, તેનું આયુષ્ય 100,000 કલાકથી વધુ છે, અને તેને રેફ્રિજન્ટ (જેમ કે કોમ્પ્રેસરમાં ફ્રીઓન) નિયમિત બદલવાની જરૂર નથી.

ફાયદા: પરંપરાગત કોમ્પ્રેસર દ્વારા ઠંડુ કરાયેલા PCR સાધનનું સરેરાશ આયુષ્ય આશરે 5 થી 8 વર્ષ છે, જ્યારે TEC સિસ્ટમ તેને 10 વર્ષથી વધુ સમય સુધી લંબાવી શકે છે. વધુમાં, જાળવણી માટે ફક્ત હીટ સિંક સાફ કરવાની જરૂર પડે છે, જે સાધનોના સંચાલન અને જાળવણી ખર્ચમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો કરે છે.

III. એપ્લિકેશન્સમાં પડકારો અને ઑપ્ટિમાઇઝેશન

પીસીઆરમાં સેમિકન્ડક્ટર કૂલિંગ સંપૂર્ણ નથી અને તેને લક્ષિત ઑપ્ટિમાઇઝેશનની જરૂર છે:

ગરમીનું વિસર્જન અવરોધ: જ્યારે TEC ઠંડુ થાય છે, ત્યારે ગરમીના પ્રકાશનના અંતે મોટી માત્રામાં ગરમી એકઠી થાય છે (ઉદાહરણ તરીકે, જ્યારે તાપમાન 95℃ થી ઘટીને 55℃ થાય છે, ત્યારે તાપમાનનો તફાવત 40℃ સુધી પહોંચે છે, અને ગરમી છોડવાની શક્તિ નોંધપાત્ર રીતે વધે છે). તેને કાર્યક્ષમ ગરમી વિસર્જન પ્રણાલી (જેમ કે કોપર હીટ સિંક + ટર્બાઇન ફેન, અથવા લિક્વિડ કૂલિંગ મોડ્યુલ્સ) સાથે જોડવું જરૂરી છે, નહીં તો તે ઠંડક કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો (અને ઓવરહિટીંગ નુકસાન) તરફ દોરી જશે.

ઉર્જા વપરાશ નિયંત્રણ: મોટા તાપમાન તફાવત હેઠળ, TEC ઉર્જા વપરાશ પ્રમાણમાં વધારે હોય છે (ઉદાહરણ તરીકે, 96-વેલ PCR સાધનની TEC શક્તિ 100-200W સુધી પહોંચી શકે છે), અને બુદ્ધિશાળી અલ્ગોરિધમ્સ (જેમ કે આગાહી તાપમાન નિયંત્રણ) દ્વારા બિનઅસરકારક ઉર્જા વપરાશ ઘટાડવો જરૂરી છે.

Iv. વ્યવહારુ ઉપયોગના કેસો

હાલમાં, મુખ્ય પ્રવાહના પીસીઆર સાધનો (ખાસ કરીને રીઅલ-ટાઇમ ફ્લોરોસેન્સ જથ્થાત્મક પીસીઆર સાધનો) સામાન્ય રીતે સેમિકન્ડક્ટર કૂલિંગ ટેકનોલોજી અપનાવે છે, ઉદાહરણ તરીકે:

લેબોરેટરી-ગ્રેડ સાધનો: ચોક્કસ બ્રાન્ડનું 96-વેલ ફ્લોરોસેન્સ જથ્થાત્મક PCR સાધન, જેમાં TEC તાપમાન નિયંત્રણ છે, જેનો ગરમી અને ઠંડક દર 6℃/s સુધી છે, તાપમાન નિયંત્રણ ચોકસાઈ ±0.05℃ છે, અને 384-વેલ હાઇ-થ્રુપુટ શોધને સપોર્ટ કરે છે.

પોર્ટેબલ ડિવાઇસ: TEC ડિઝાઇન પર આધારિત ચોક્કસ હેન્ડહેલ્ડ PCR ઇન્સ્ટ્રુમેન્ટ (1 કિલોથી ઓછું વજન) 30 મિનિટમાં નોવેલ કોરોનાવાયરસની શોધ પૂર્ણ કરી શકે છે અને એરપોર્ટ અને સમુદાયો જેવા સ્થળ પરના દૃશ્યો માટે યોગ્ય છે.

સારાંશ

થર્મોઇલેક્ટ્રિક કૂલિંગ, તેના ત્રણ મુખ્ય ફાયદાઓ - ઝડપી પ્રતિક્રિયા, ઉચ્ચ ચોકસાઇ અને લઘુચિત્રીકરણ સાથે, કાર્યક્ષમતા, વિશિષ્ટતા અને દ્રશ્ય અનુકૂલનક્ષમતાના સંદર્ભમાં PCR ટેકનોલોજીના મુખ્ય મુશ્કેલીઓને હલ કરી છે, આધુનિક PCR સાધનો (ખાસ કરીને ઝડપી અને પોર્ટેબલ ઉપકરણો) માટે પ્રમાણભૂત ટેકનોલોજી બની છે, અને PCR ને પ્રયોગશાળાથી ક્લિનિકલ બેડસાઇડ અને ઓન-સાઇટ ડિટેક્શન જેવા વ્યાપક એપ્લિકેશન ક્ષેત્રોમાં પ્રોત્સાહન આપ્યું છે.

PCR મશીન માટે TES1-15809T200

ગરમ બાજુનું તાપમાન: 30 સે.,

મહત્તમ: ૯.૨A,

ઉમેક્સ: ૧૮.૬ વોલ્ટ

મહત્તમ ક્યૂ: 99.5 વોટ

ડેલ્ટા ટી મહત્તમ: 67 સે

ACR：1.7 ±15% Ω （1.53 થી 1.87 ઓહ્મ）

કદ: ૭૭×૧૬.૮×૨.૮ મીમી