【经验】如何解决半导体制冷片在PCR仪中升降温速率不稳定的情况？

时间： 2022-03-31 来源：世强

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PCR仪又称为PCR基因扩增仪、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，被广泛运用于医学、生物学实验室中。在普通PCR仪的基础上增加一个荧光信号采集系统和计算机分析处理系统的PCR仪称作荧光定量PCR仪，本文基于一个荧光定量PCR仪的项目来解析半导体制冷片升降温速率不稳定的情况该如何解决。

本项目是做32孔荧光定量PCR仪，在温度控制模块，要求升温速率至少5℃/s，降温速率至少3.5℃/s，采用了II-VI MARLOW的半导体制冷片XLT2427-36AC，制冷量Qmax高达86W，具备62℃（Th=50℃）的制冷温差。在进行实测过程中，发现在同样的功率下，XLT2427-36AC的升温速率相比之前的测试数据存有差距，实测的平均升温速率是3.5℃/s，但之前是可以达到4.5℃/s。理论上来说，XLT2427-36AC在55~95℃之间的理论速率可以达到5℃，而TEC的外围电阻差不多在1.5294Ω，输入电压两片串联在28V左右，经过技术排查，排除是电路设计引起的误差，而TEC升降温速率跟导热硅脂有一定的关系，从这个角度考虑，建议工程师先做隔热处理然后再测试升温速率。事实证明，恰恰是因为项目没有做好隔热措施，才导致了升降温速率的误差偏大现象。工程师进行了隔热措施后重新测试了PCR仪的升降温速率，目前升温能做到5.5℃/s，降温可以达到4.7℃/s，基本是满足了项目当初的设计要求。

项目在多次测试过程中发现，TEC两端的温度响应有差异，有引线的一端升降温要明显比另一端慢，且此时已进行了相应的隔热散热处理，该问题仍存在。基于此现象，靠近TEC引线端的温升速率要明显小于另一端，约有2-3度的差异，从而导致DNA转录不成功。经过相关的技术排查，了解到目前用的硅脂是5.5W的，国产的一款产品，粘度偏大，可能导致涂抹不均匀，建议工程师先查看TEC安装是否有问题，工程师拆下来后发现TEC有偏移离引线端约4mm远，可能导致了散热不均的影响，建议重新安装并把硅脂涂抹均匀。经过重新装配，TEC的温度响应已完全达到项目要求，没有再出现其他不良情况。

综上所述，在PCR仪上影响升降温速率的因素还是有多方面的，总的来说可以总结如下：隔热散热处理、外围电路影响以及安装工艺等。只要确保了这几方面不出问题，那么TEC的升降温速率波动就不会太大。

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NL1020T-01AC	TEC 单级制冷片	72	64	0.9	1.8	0.8	0.16	0.16	0.16	0.16	0.085