CN215675904U - 一种微流控芯片制冷*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种微流控芯片制冷***，属于微流控技术领域，包括截面为凹字形的中空的透明的制冷箱，通过粘接包覆于所述制冷箱外表面的保温材料，制冷模块，以及温度传感器和温度控制器。本实用新型的微流控芯片制冷***及控温方法，将制冷箱设计成截面为“凹”字形的箱体，箱体两边的高度可与实际半导体制冷模块尺寸相配合，同时温度传感器可实时测得制冷箱内温度并反馈给温度控制器，温度控制器可通过预先设置的温度范围判断是否使半导体制冷模块继续工作，从而使制冷箱内的温度始终保持在一定范围内，精度可达1℃以内，精度高、控温范围大、操作简单、可与显微镜结合实时观测。
Description
技术领域
本实用新型属于微流控技术领域，涉及一种微流控芯片制冷***。
背景技术
微流控芯片是指在厘米见方的芯片上构建的化学或者生物实验室。可将基本操作集成到很小的芯片上，由微通道形成网络控制流体贯穿***，实现化学合成、生物检测等功能。但在化学合成、生物检测过程中往往需要温度的控制，例如，基因测序PCR检测过程中需要在95℃，65℃，4℃等温度之间循环保温操作，对水螅等海洋生物的培养一般需要维持在8-15℃。
现有技术中一种方案是采用的商用温度台，是将整个微流控芯片放置于温度控制台上，对微流控芯片进行加热或制冷。另一种方案是将整体的微流控培养芯片放入可被控制温度的足够大的箱体中，温度控制范围比较大，且发展比较成熟。工程中较为常用的制冷方式是采用半导体制冷片、散热片及散热风扇的组合装置，但其与微流控芯片难以结合。
采用的商用温度台，整体升温过程较容易快速控制，但降温过程由于没有散热装置需要等待较长时间，还可能造成控制台的损坏，同时不能实现多单元独立控温，无法为显微镜提供合适的观测路径。将整体的微流控培养芯片放入可被控制温度的足够大的箱体中，虽简单易行，但这不符合微流控芯片多单元独立控温的要求，同时对微流控芯片内部情况的观测带来困难。也可对较大体积水进行制冷备用，输入到微流控芯片中，但在室温下能量损耗大，温控控制不稳定不精确。采用半导体制冷片、散热片及散热风扇的组合装置对微流控芯片进行直接制冷，会导致显微镜无法实时观测和记录微流控芯片内的状态。
因此，急需研究一种微流控芯片制冷***，能够解决了现有制冷方法无法实时观测微流控芯片的问题及精度低的缺点，提供一种精度高、控温范围大、操作简单、可与显微镜结合的制冷***，并且可实时观测微流控芯片。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型将提供一种微流控芯片制冷***，将制冷箱设计成截面为“凹”字形的箱体，箱体中间位置可最大程度为垂直方向提供用于调焦的可移动空间，箱体两边的高度可与实际半导体制冷模块尺寸相配合，同时温度传感器可实时测得制冷箱内温度并反馈给温度控制器，温度控制器可通过预先设置的温度范围判断是否使半导体制冷模块继续工作，从而使制冷箱内的温度始终保持在一定范围内，精度可达1℃以内，精度高、控温范围大、操作简单、可与显微镜结合实时观测。
为实现上述目的，本实用新型提供一种微流控芯片制冷***，包括截面为凹字形的中空的透明的制冷箱，通过粘接包覆于所述制冷箱外表面的保温材料，微流控芯片放置于所述制冷箱的底面中心位置，处于微流控芯片的上方和下方的观测路径区域不设有保温材料，在所述制冷箱的左右两侧分别设有一个制冷模块，所述制冷模块用于控制所述制冷箱内的温度；
所述制冷模块从左至右由冷端散热风扇、冷端散热片、半导体制冷片、热端散热片、热端散热风扇组成，在所述制冷箱的左右两侧开设用于安装所述制冷装置的通孔，相应位置的保温材料上也同步开设通孔，所述制冷模块的冷端通过通孔伸入所述制冷箱的内部，通孔的尺寸与所述冷端散热片的尺寸匹配使所述制冷箱内部形成密闭腔室；
还包括温度传感器和温度控制器；所述温度传感器与所述半导体制冷片和温度传感器分别电性连接；所述温度传感器设置于所述制冷箱内部用于探测所述制冷箱内的温度并反馈给所述温度控制器，所述温度控制器根据预设的温度范围控制所述半导体制冷片的工作，使所述制冷箱内的温度保持在预设的温度范围内。
进一步地，所述制冷箱采用双层真空PMMA板制备而成。
进一步地，所述保温材料为发泡塑料，厚度为3～5cm。
进一步地，所述冷端散热片和冷端散热风扇与所述半导体制冷片的尺寸一致，所述热端散热片和热端散热风扇的尺寸为所述半导体制冷片尺寸的3倍；所述冷端散热风扇、冷端散热片、半导体制冷片、热端散热片、热端散热风扇之间的各个接触表面均匀涂抹导热硅脂粘接连接。
进一步地，所述半导体制冷片为12706型半导体制冷片，外观尺寸为40×40×4.7mm。
进一步地，所述温度控制器为XH-W1315型，测温及控温范围为-50℃-110℃，输入电源为12/24V直流供电，外观尺寸为79×54×21mm。
进一步地，所述温度传感器为温感探头，所述温感探头为热电偶线、防水头、水滴头、磁性头中的任意一种，在所述制冷箱开设通孔使所述温感探头能够伸入其内部，将所述温感探头的一端与所述温度控制器电性连接，另一端置于离所述微流控芯片5cm以内的距离处。
进一步地，所述制冷箱的内凹区域足够显微镜进行垂直移动调整焦距用于实时观测所述微流控芯片内的试样，所述制冷箱的侧面高度大于所述制冷模块冷端的高度。
进一步地，还包括在所述制冷箱上的底部靠近所述微流控芯片的位置开孔用于安装液流管，所述液流管一端与所述微流控芯片连接，用于导入试样，并所述液流管上涂抹密封胶用于密封。
本实用新型采用上述技术方案的优点是：
本实用新型的微流控芯片制冷***及控温方法，将微流控芯片放入可进行温度控制的制冷箱中，采用导热性较低的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为制冷箱材料，其透明度较高，可为显微镜提供良好的观测条件，为降低外界温度的影响，制冷箱采用双层真空PMMA板制作而成，并在制冷箱外部粘贴3～5cm厚的发泡塑料，将制冷箱设计成截面为“凹”字形的箱体，箱体中间位置可最大程度为垂直方向提供用于调焦的可移动空间，箱体两边的高度可与实际半导体制冷模块尺寸相配合，同时温度传感器可实时测得制冷箱内温度并反馈给温度控制器，温度控制器可通过预先设置的温度范围判断是否使半导体制冷模块继续工作，从而使制冷箱内的温度始终保持在一定范围内，精度可达1℃以内，精度高、控温范围大、操作简单、可与显微镜结合实时观测。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型的微流控芯片制冷***的结构示意图；
图2为本实用新型的微流控芯片制冷***中制冷模块的结构示意图；
图3为本实用新型的微流控芯片制冷***中温度控制器与制冷模块、温度传感器的电连接示意图；
图4为本实用新型的微流控芯片制冷***的温度控制原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型提供了一种微流控芯片制冷***，如图1所示，包括截面为凹字形的中空的透明的制冷箱，通过粘接包覆于所述制冷箱外表面的保温材料，微流控芯片放置于所述制冷箱的底面中心位置，处于微流控芯片的上方和下方的观测路径区域不设有保温材料，在所述制冷箱的左右两侧分别设有一个制冷模块，所述制冷模块用于控制所述制冷箱内的温度。
如图2所示，为制冷模块结构示意图，所述制冷模块从左至右由冷端散热风扇、冷端散热片、半导体制冷片、热端散热片、热端散热风扇组成，在所述制冷箱的左右两侧开设用于安装所述制冷装置的通孔，相应位置的保温材料上也同步开设通孔，所述制冷模块的冷端通过通孔伸入所述制冷箱的内部，通孔的尺寸与所述冷端散热片的尺寸匹配使所述制冷箱内部形成密闭腔室。
如图3所示，为温度控制器与制冷模块、温度传感器的电连接示意图，还包括温度传感器和温度控制器；所述温度传感器与所述半导体制冷片和温度传感器分别电性连接。如图4所示，为本实用新型的微流控芯片制冷***的温度控制原理图，所述温度传感器设置于所述制冷箱内部用于探测所述制冷箱内的温度并反馈给所述温度控制器，所述温度控制器根据预设的温度范围控制所述半导体制冷片的工作，使所述制冷箱内的温度保持在预设的温度范围内。
其中，所述制冷箱采用双层真空PMMA板制备而成，PMMA的导热性较低，透明度较高，可为显微镜提供良好的观测条件，采用双层真空PMMA板可进一步降低外界温度的影响。所述保温材料为发泡塑料，厚度为3～5cm。所述制冷箱的内凹区域足够显微镜进行垂直移动调整焦距用于实时观测所述微流控芯片内的试样，所述制冷箱的侧面高度大于所述制冷模块冷端的高度。
其中，所述冷端散热片和冷端散热风扇与所述半导体制冷片的尺寸一致，所述热端散热片和热端散热风扇的尺寸为所述半导体制冷片尺寸的3倍；所述冷端散热风扇、冷端散热片、半导体制冷片、热端散热片、热端散热风扇之间的各个接触表面均匀涂抹导热硅脂粘接连接。并且，所述半导体制冷片优选为12706型半导体制冷片，外观尺寸为40×40×4.7mm。
其中，温度控制器在本方案中的作用是用来控制温度的波动范围，波动范围可人为设定，XH型数字温度控制器安装方便接线简单，可设定启动和停止温度，精度高、寿命长，价格便宜，可完全替代机械温控，同时具有延时启动功能。本实用新型的温度控制器优选为XH-W1315型，测温及控温范围为-50℃-110℃，输入电源为12/24V直流供电，外观尺寸为79×54×21mm，符合占据空间适宜的要求。所述温度传感器为温感探头，所述温感探头为热电偶线、防水头、水滴头、磁性头等中的任意一种，在所述制冷箱开设通孔使所述温感探头能够伸入其内部，将所述温感探头的一端与所述温度控制器电性连接，另一端置于离所述微流控芯片5cm以内的距离处。当制冷箱温度处于所设定温度范围内时，温度控制器将会使半导体制冷片停止工作，当制冷箱温度大于或小于所设定温度范围内时，温度控制器使半导体制冷片重新开始工作，致使温度重新回到所设定温度范围内，在室温下，控温范围可达6～20℃，控温精度可达1℃以内。
此外，还可以在所述制冷箱上的底部靠近所述微流控芯片的位置开孔用于安装液流管，所述液流管一端与所述微流控芯片连接，用于导入试样，并所述液流管上涂抹密封胶用于密封。
本实用新型的微流控芯片制冷***的控温方法，包括以下步骤：
调试所述微流控芯片制冷***，保证其处于正常状态；
在所述温度控制器上输入一预设温度范围，所述温度控制器接收所述温度传感器探测到的实测温度，当实测温度处于预设温度范围内时，所述温度控制器控制所述半导体制冷片停止工作，当实测温度大于或小于预设温度范围内时，温度控制器控制所述半导体制冷片重新开始工作使实测温度重回预设温度范围内。
本实用新型采用上述技术方案的优点是：
本实用新型的微流控芯片制冷***及控温方法，将微流控芯片放入可进行温度控制的制冷箱中，采用导热性较低的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)作为制冷箱材料，其透明度较高，可为显微镜提供良好的观测条件，为降低外界温度的影响，制冷箱采用双层真空PMMA板制作而成，并在制冷箱外部粘贴3～5cm厚的发泡塑料，将制冷箱设计成截面为“凹”字形的箱体，箱体中间位置可最大程度为垂直方向提供用于调焦的可移动空间，箱体两边的高度可与实际半导体制冷模块尺寸相配合，同时温度传感器可实时测得制冷箱内温度并反馈给温度控制器，温度控制器可通过预先设置的温度范围判断是否使半导体制冷模块继续工作，从而使制冷箱内的温度始终保持在一定范围内，精度可达1℃以内，精度高、控温范围大、操作简单、可与显微镜结合实时观测。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种微流控芯片制冷***，其特征在于，包括截面为凹字形的中空的透明的制冷箱，通过粘接包覆于所述制冷箱外表面的保温材料，微流控芯片放置于所述制冷箱的底面中心位置，处于微流控芯片的上方和下方的观测路径区域不设有保温材料，在所述制冷箱的左右两侧分别设有一个制冷模块，所述制冷模块用于控制所述制冷箱内的温度；
所述制冷模块从左至右由冷端散热风扇、冷端散热片、半导体制冷片、热端散热片、热端散热风扇组成，在所述制冷箱的左右两侧开设用于安装制冷装置的通孔，相应位置的保温材料上也同步开设通孔，所述制冷模块的冷端通过通孔伸入所述制冷箱的内部，通孔的尺寸与所述冷端散热片的尺寸匹配使所述制冷箱内部形成密闭腔室；
还包括温度传感器和温度控制器；所述温度传感器与所述半导体制冷片和温度传感器分别电性连接；所述温度传感器设置于所述制冷箱内部用于探测所述制冷箱内的温度并反馈给所述温度控制器，所述温度控制器根据预设的温度范围控制所述半导体制冷片的工作，使所述制冷箱内的温度保持在预设的温度范围内。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片制冷***，其特征在于，所述制冷箱采用双层真空PMMA板制备而成。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片制冷***，其特征在于，所述保温材料为发泡塑料，厚度为3～5cm。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片制冷***，其特征在于，所述冷端散热片和冷端散热风扇与所述半导体制冷片的尺寸一致，所述热端散热片和热端散热风扇的尺寸为所述半导体制冷片尺寸的3倍；所述冷端散热风扇、冷端散热片、半导体制冷片、热端散热片、热端散热风扇之间的各个接触表面均匀涂抹导热硅脂粘接连接。
5.根据权利要求1所述的微流控芯片制冷***，其特征在于，所述半导体制冷片为12706型半导体制冷片，外观尺寸为40×40×4.7mm。
6.根据权利要求1所述的微流控芯片制冷***，其特征在于，所述温度控制器为XH-W1315型，测温及控温范围为-50℃-110℃，输入电源为12/24V直流供电，外观尺寸为79×54×21mm。
7.根据权利要求1所述的微流控芯片制冷***，其特征在于，所述温度传感器为温感探头，所述温感探头为热电偶线、防水头、水滴头、磁性头中的任意一种，在所述制冷箱开设通孔使所述温感探头能够伸入其内部，将所述温感探头的一端与所述温度控制器电性连接，另一端置于离所述微流控芯片5cm以内的距离处。
8.根据权利要求1所述的微流控芯片制冷***，其特征在于，所述制冷箱的内凹区域足够显微镜进行垂直移动调整焦距用于实时观测所述微流控芯片内的试样，所述制冷箱的侧面高度大于所述制冷模块冷端的高度。
9.根据权利要求1所述的微流控芯片制冷***，其特征在于，还包括在所述制冷箱上的底部靠近所述微流控芯片的位置开孔用于安装液流管，所述液流管一端与所述微流控芯片连接，用于导入试样，并所述液流管上涂抹密封胶用于密封。
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