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      1. 影響96孔PCR儀均勻性的幾大因素分析

        瀏覽次數:8605 發布時間:2014-12-08

        文章分享來源:百度貼吧之“PCR技術與PCR”(東勝創新聶尚海博士原創)

        如有任何與PCR相關的問題,均可在我們的百度貼吧“PCR技術與PCR儀吧”內提出,聶尚海博士將會為您詳細解答!


        影響96PCR儀均勻性的幾大因素分析
        96孔PCR儀的均勻性是PCR儀的重要指標,也是實驗人員非常關心的問題。造成各個孔位的溫度不均勻的因素大致有以下幾個:
        1、 制冷半導體片的不均勻
        2、 控溫點的數量
        3、 邊緣效應及減弱辦法
        4、 散熱器的散熱均勻性
        5、 模塊的材料及形狀
        6、 升降溫速度
        一、 制冷半導體片的不均勻
        現在的PCR儀大都是用半導體制冷片來控制溫度的,其通電后一面熱另一面冷,反向電極則熱冷面反向。
        半導體制冷片雖然是工業化生產,都幾乎都是手工的生產的,因此每一片都有差別,大的生產商會根據用戶的需要進行配對,如一臺PCR儀要三片就三片配成大致相同的阻值。阻值一般是廠家寫在每片制冷片上的(自己用萬用表是量不準的,因為一通電其溫度就變化,阻值就會改變)
        因此半導體片的質量會影響PCR儀的均勻性。一般大的生產廠家出廠時問題不大,但使用一段時間后,半導體片的性能會下降,但下降程度并不一致,則溫度差別就表現出來了。
        最大的問題是維修。半導體片本身是不能維修的。一般PCR儀都是多片半導體,普通維修會只更換其中一片,這樣就會造成新的跑得快,舊的跑得慢,溫度差別就大了。如果每片半導體片下面都有各自的溫度傳感器,則可以補償一些,如果是像AB的低端型號2720,4片半導體片只有一個溫度傳感器,則問題大了。當然更換半導體片后的裝配也是技術性很強的活,不經過嚴格的培訓是做不到家的。這也是為什么大廠一般不在現場維修,而是要返廠,并且是一次性更換一套半導體片,因此成本較高。東勝龍811也是一律返廠并成套更換的。
        二、控溫點的數量
        一方面半導體片本身有一定的差異,另一方面使用一段時間后性能會下降,但下降程度并不一致,還有就是邊緣的和中間的半導體片的反面散熱不一致(后面會講到),這些都會造成模塊溫度的不均勻。常用的解決辦法是在每片半導體片下面安放溫度傳感器,并有相應的控制電路獨立控制和校準(這樣做生產商的成本會上升)。如AB的9700就有三個傳感器及相應的電路,而低端的只有一個。
        多傳感器還有一個好處是可以分別控制不同的溫度,產生溫度梯度。
        三、邊緣效應及減弱辦法
        模塊(指放PCR管的金屬塊)的邊緣散熱較快,一般溫度偏低,即所謂邊緣效應。其實散熱器也有邊緣溫度偏低的問題。減弱邊緣效應一般采用邊緣輔助加熱的技術,即在模塊的周邊加一圈輔助加熱用的電阻絲或加熱膜。但實際上邊緣效應也不是均勻的,一是角上溫度更低些,二是與散熱器的風扇吹風方向也有關系(前后吹風則前后不勻,從下向上吹風則中心與邊緣不勻)。東勝龍811采用的是非均勻輔助加熱(已獲得專利),即冷處多加熱少加,有一定的效果。
        四、散熱器的散熱均勻性
        散熱器的散熱均勻性對模塊溫度均勻性的影響非常之大。半導體片控制的是其正反兩面的溫度差,每一塊半導體片都是作為一個整體來控制的。如果反面的散熱器溫度不均勻,當然正面的的模塊溫度也就不均勻了。散熱器的材料從理論上講用紫銅較好,但因價格原因多為高導熱的鋁合金。另一個方面就是風扇散熱,風扇的風力大,散熱均勻性會增加,但噪音也會大大增加,如AB的儀器的噪音就非常高。如何提高散熱器的散熱均勻性也是一門學問。
        五、模塊的材料及形狀
        從均勻性的角度來講,模塊為銀做是最好,其次是銅,然后是鋁合金。市場上一般用的模塊都是鋁或銀。主要是因為銅的體積比熱容太大,不利于升降溫速率。銀也有同樣的問題,因此市場上的銀模塊其實都是空心的。但做成空心的后,其對溫度均勻性有負面的影響。因此市場上的銀模塊儀器的溫度均勻性并不比鋁合金的高,但升降溫度速率要高些。由于銀容易化,因此銀模塊有的是鍍金的(不要以為是純金的或是整塊金或銀的),有的是表面氧化處理后發灰的。
        鋁合金的模塊也有形狀問題,體積大且孔間連接多有利于均勻性,但不利于升降溫速率。各個廠家在模塊形狀上也是下了功夫的,都是一個平衡。
        六、升降溫速度
        升降溫速度是PCR儀的另一個重要指標(以后再討論),升降溫速度過高也會影響溫度的均勻性。因為升降溫速度高,模塊來不急傳熱,半導體片差異及傳熱造成的溫度差會更大。
        另外,用戶使用PCR儀要的是管內的溫度,而儀器能測到的是模塊下傳感器的溫度,通過理論和實驗的結果計算出來的管內溫度與實際溫度是有差別的,升降溫速度越快,其差別也越大。
        總之,除了以前談到的六大因素之外,還有其他一些影響因素,如傳感器的溫度漂移、溫度處理電路的老化、散熱器的灰塵不均勻等。有些因素可以通過定期的校準和保養來減輕或消除。

         

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