【经验】如何根据评估热负载来为PCR仪选择合适的TEC


2019年底新冠肺炎爆发以下,市场对核酸检测的需求量爆增,而核酸检测所用的一种关键仪器便是PCR仪,PCR扩增仪又称为PCR基因扩增仪、PCR核酸扩增仪、聚合酶链反应核酸扩增仪,是利用PCR(Polymerase chain reaction,聚合酶链反应)技术对特定DNA扩增的一种仪器设备,PCR仪最核心的部分便是温控,PCR仪温度的准确性可能会对PCR的成败与否起决定性作用。加热模块上孔与孔之间的温度一致性对于获取可靠而可重复的PCR结果也是至关重要的。
现在便携式的PCR尺寸比较小,而且要求检测时间比较短,例如有些要求升温速率5℃/s,降温速率5℃/s,需要在60℃~95℃范围做温循,对于这种做需要快速升降温的应用,TEC是一种很好的解决方案,而且目前越来越多的PCR都开始采用TEC温控方案了。
一般试剂是放在一块金属加热块上,外面会加保温隔热材料,假如金属加热块材料是铝,尺寸为40*40*1.0mm,温循范围是60℃~95℃,要达到升降温速率都是5℃/s,需要怎么来选择TEC呢?
首先需要评估热负载:
已知条件:
1、 铝的比热熔为c=0.88×103 J/(kg·℃);
2、 铝的密度为ρ=2.7×103kg/m3;
铝块的质量m=ρv==2.7×103kg/m3×(0.04×0.04×0.001)m3=0.00432kg;
从95℃降温到60℃的时间t=(95℃-60℃)/(5℃/s)=7s;
则热负载P=mcΔT/t=0.00432kg×0.88×103 J/(kg·℃)×(95℃-60℃)÷7s=19.008W;
然后根据热负载、温差及尺寸来选择合适的TEC,因加热块的尺寸为40*40*1.0mm,所以TEC的冷面的长宽最好也是40*40mm,XLT2420这款TEC的冷面尺寸是40*40mm,满足要求。另外如下图XLT2420的热面温度为50℃性能曲线所示,当温差为35℃,热负载为20W时,这款XLT2420性能是可以达到要求的,而且还有些余量。当热负载为20W时,最大温差可以做到43℃,当温差为35℃时,最大热负载可以到28W左右,而且这个是从热面温度为50℃的性能曲线上估算的,如果从热面温度为95℃的曲线上估算,这个余量会更大,所以XLT2420能满足如上PCR的性能要求。
II-VI MARLOW XLT2420的主要优势:
•符合RoHS欧盟标准;
•额定工作温度125°C,超过PCR要求的95℃;
•温度循环次数可达50万次以上,使PCR仪的使用寿命更长;
•强度高,适合恶劣环境;
•温度均匀性好,各地方温度温差不超过0.1℃;
•产品可靠性高,性能稳定,在PCR行业应用广泛。
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