一种分段式微流控芯片控温装置的制作方法

本发明属于温差电应用技术领域，特别是涉及一种分段式微流控芯片控温装置。

背景技术：

随着微流控技术的不断发展与成熟，越来越多的各种生物和化学实验例如数字PCR、细胞培养、材料合成、药物筛选等都将在一个小小的微流控芯片中实现。通常这些实验都需要在一定的温度下才能顺利的发生反应，这个温度范围一般在-40-100℃。

目前，上述在微流控芯片中的实验大多都是通过使用高低温箱或者温度循环试验箱进行控温来进行试验，这些设备不仅控温精度较低，工作温度范围也较小，并且体积和功耗都很大。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术中存在的问题，提供了一种温度控制装置，本装置具有控温精度高、工作温度范围大、散热效果好、能耗小的特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种分段式微流控芯片控温装置，其特征在于：包括控温平台、智能温度调节器、和恒温循环装置，所述控温平台由外向内由外壳、冷板和热板、冷面向上的半导体制冷片、加热器、散热器、金属导管构成，冷热板中有温度测量器。智能温度调节器与加热器和温差电致冷组件相连；恒温循环器上的进口连接控温平台中水套的出水口，恒温循环器上的出水口连接控温平台中水套的进水口。

进一步地，所述控温平台固定在使用3D打印出来的外壳之中，控温平台的冷板和热板为台阶型铜质结构，冷板和热板的凸台部位镶嵌在外壳上部的方孔内，凸台上表面与外壳表面在一个平面上；冷、热板与温差电致冷组件使用导热硅胶粘接，冷板和热板侧面有一孔，孔的轴线与冷板上表面平行，所述温度测量器为置于冷板和热板侧面孔内的PT100铂电极；温差电致冷组件由一个高性能的微型半导体制冷器(Ferrotec 9503/035/025 M)构成，温差电致冷组件的冷面、热面均涂抹有导热硅脂；所述的加热器组件由陶瓷加热器构成，加热器使用导热硅胶与热板连接在一起；散热器为铜质的阶梯状部件，内部有U型凹槽用来安装冷却液管道，外壳侧面对应部位有水套进水口和水套出水口，所述恒温循环器为置于箱体外的HX-1050型恒温循环器。

进一步地，所述制冷片和加热片为微型半导体制冷片和微型陶瓷加热片。

进一步地，所述外壳为3D打印而成可以根据需要改变冷板和热板的大小和数量。

进一步地，所述控温平台是由多个独立的冷板和热板组成，每个冷板和热板温度独立控制互不影响。

优选地，所述导管为紫铜导管。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、采用进口的高性能的微型半导体制冷器(Ferrotec 9503/035/025 M)，确保本装置具有足够的致冷深度和致冷速度；制冷制热段分为七个区段，制冷区段都由一个独立控制的半导体制冷片来调控温度，制热区由一个独立的加热器来调控温度，不同区段的温度可以独立的控制；通过Tempco TEC-220程序型智能温度调节器实现高精度自动温控，温控范围和精度达到-40℃-100℃(±0.2℃)，使用的微型制冷片和炙热片满足微流控芯片体积小的特点，可以大量减少了试验能耗，降低了使用成本，整个测温区温度场分布均匀、稳定。

2、采用具有自动PID控制功能的外置式HX-1050型恒温循环器，由循环液体将温差电致冷组件热面产生的废热带走，通过自动PID控制，使循环液体的温度范围保持在-10℃-50℃，满足本装置的散热要求。

3、采用Tempco TEC-220程序型智能温度调节器，实现人机交互使用，并与计算机实时通讯，保证控温准确可靠。

4、本装置适用于在微流控芯片中控温实现微流控芯片中的生物PCR、液滴和胶囊凝固融化、晶体相变、材料合成等实验。

附图说明

图1为控温装置外形示意图；

图2为图1中控温装置主视示意图；

图3为图2中A-A剖视示意图；

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施实例对本发明作进一步详述，以下实施实例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

请参照图1至图3：从左到右依次由智能温度调节器1，控温平台，和恒温循环装置12构成分段式微流控芯片控温装置，所述智能温度调节器上有与计算机外接使用的com接口4，与温度测量器22连接的模块2，与加热片和制冷片21连接的模块3，所述控温平台由外向内由外壳8、冷板10和热板7、9、11，冷面向上的半导体制冷片21和加热片、散热器16、金属导管17、18构成，冷热板中有温度测量器22。智能温度调节器与加热器和温差电致冷组件之间使用铜导线5相连，智能温度调节器与温度测量器之间使用铜导线6相连；恒温循环器12上的进口14使用橡胶管13与控温平台中铜管的出水口18相连，恒温循环器上的出水口15连接控温平台中铜管的进水口17。

控温平台固定在使用3D打印出来的外壳之中，控温平台的冷板和热板为台阶型铜质结构，冷板和热板的凸台部位镶嵌在外壳上部的方孔内，凸台上表面与外壳表面在一个平面上；冷板与温差电致冷组件使用导热硅胶粘接，冷板和热板侧面有一孔，孔的轴线与冷板上表面平行，所述温度测量器为置于冷板和热板侧面孔内的PT100铂电极；温差电致冷组件由一个高性能的微型半导体制冷器(Ferrotec 9503/035/025 M)构成，差电致冷组件的冷面、热面均涂抹有导热硅脂；散热器为铜质的阶梯状部件，内部有U型凹槽用来安装冷却液管道，外壳侧面对应部位有水套进水口和水套出水口，所述恒温循环器为置于箱体外的HX-1050型恒温循环器。

Tempco TEC-220程序型智能温度调节器通过RS232COM实现Tempco TEC-220程序型智能温度调节器与上位机的连接，完成实时通讯和数据传输功能；Tempco TEC-220程序型智能温度调节器与制冷片和加热器直接相连，当电源开启，Tempco TEC-220程序型智能温度调节器能够保证Ferrotec 9503/035/025 M温差电致冷组件和加热器正常直流供电，确保致冷器的致冷需求和加热器的加热需求；Tempco TEC-220程序型智能温度调节器与PT100铂电阻端子相连接，通过PT100铂电阻为Tempco TEC-220程序型智能温度调节器提供电阻输入参数，实现温度实时监测。

温度控制

当Tempco TEC-220程序型智能温度调节器接通电源，Tempco TEC-220程序型智能温度调节器接受来自PT100铂电阻的温度反馈信息，通过程序控制Ferrotec 9503/035/025 M温差电致冷组件和陶瓷加热器的启动和停止工作状态，实现温度控制器的控温要求，满足-40℃-100℃，控温精度±0.2℃的要求。Tempco TEC-220程序型智能温度调节器保证装置升、降温速率的要求，设置速率超过系统最大参数时，系统自动延时按照最大速率参数升降温。也可以根据需要采用分段程序设置控温方式，实现温度监测、实施程序控制和实时人机操作，信息互通，保证控温准确可靠。Tempco TEC-220程序型智能温度调节器具备PID自整定功能，可实现任意斜率的升、降温控制，具有循环跳转、运行、暂停等可编程操作命令，允许在程序运行过程中随时修改程序。HX-1050型恒温循环器作为外置式液冷循环散热装置，以循环液体为载体，确保液体稳态匀速流动，提供液体循环散热的动力，将Ferrotec 9503/035/025 M温差电致冷组件热面产生的废热带走，循环液体温控范围保持在-10℃-50℃，完全满足高低温试验装置散热需求。

本装置的工作原理：利用温差电致冷组件在局部产生足够大的致冷量，实现足够大的致冷深度和足够快的致冷速度，使用陶瓷加热片对热板进行加热，实现热板的温度控制，采用Tempco TEC-220程序型智能温度调节器通过收集温度测量器的反馈参数，自动控制实验平台上每个热板和冷板中加热片和制冷组件的运行和停止，实现工作温区内的各个温度高精度自动温控。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。