影响96孔PCR仪均匀性的几大因素分析

浏览次数:3412 发布时间:2014-12-08

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影响96PCR仪均匀性的几大因素分析
96孔PCR仪的均匀性是PCR仪的重要指标,也是实验人员非常关心的问题。造成各个孔位的温度不均匀的因素大致有以下几个:
1、 制冷半导体片的不均匀
2、 控温点的数量
3、 边缘效应及减弱办法
4、 散热器的散热均匀性
5、 模块的材料及形状
6、 升降温速度
一、 制冷半导体片的不均匀
现在的PCR仪大都是用半导体制冷片来控制温度的,其通电后一面热另一面冷,反向电极则热冷面反向。
半导体制冷片虽然是工业化生产,都几乎都是手工的生产的,因此每一片都有差别,大的生产商会根据用户的需要进行配对,如一台PCR仪要三片就三片配成大致相同的阻值。阻值一般是厂家写在每片制冷片上的(自己用万用表是量不准的,因为一通电其温度就变化,阻值就会改变)
因此半导体片的质量会影响PCR仪的均匀性。一般大的生产厂家出厂时问题不大,但使用一段时间后,半导体片的性能会下降,但下降程度并不一致,则温度差别就表现出来了。
最大的问题是维修。半导体片本身是不能维修的。一般PCR仪都是多片半导体,普通维修会只更换其中一片,这样就会造成新的跑得快,旧的跑得慢,温度差别就大了。如果每片半导体片下面都有各自的温度传感器,则可以补偿一些,如果是像AB的低端型号2720,4片半导体片只有一个温度传感器,则问题大了。当然更换半导体片后的装配也是技术性很强的活,不经过严格的培训是做不到家的。这也是为什么大厂一般不在现场维修,而是要返厂,并且是一次性更换一套半导体片,因此成本较高。东胜龙811也是一律返厂并成套更换的。
二、控温点的数量
一方面半导体片本身有一定的差异,另一方面使用一段时间后性能会下降,但下降程度并不一致,还有就是边缘的和中间的半导体片的反面散热不一致(后面会讲到),这些都会造成模块温度的不均匀。常用的解决办法是在每片半导体片下面安放温度传感器,并有相应的控制电路独立控制和校准(这样做生产商的成本会上升)。如AB的9700就有三个传感器及相应的电路,而低端的只有一个。
多传感器还有一个好处是可以分别控制不同的温度,产生温度梯度。
三、边缘效应及减弱办法
模块(指放PCR管的金属块)的边缘散热较快,一般温度偏低,即所谓边缘效应。其实散热器也有边缘温度偏低的问题。减弱边缘效应一般采用边缘辅助加热的技术,即在模块的周边加一圈辅助加热用的电阻丝或加热膜。但实际上边缘效应也不是均匀的,一是角上温度更低些,二是与散热器的风扇吹风方向也有关系(前后吹风则前后不匀,从下向上吹风则中心与边缘不匀)。东胜龙811采用的是非均匀辅助加热(已获得专利),即冷处多加热少加,有一定的效果。
四、散热器的散热均匀性
散热器的散热均匀性对模块温度均匀性的影响非常之大。半导体片控制的是其正反两面的温度差,每一块半导体片都是作为一个整体来控制的。如果反面的散热器温度不均匀,当然正面的的模块温度也就不均匀了。散热器的材料从理论上讲用紫铜较好,但因价格原因多为高导热的铝合金。另一个方面就是风扇散热,风扇的风力大,散热均匀性会增加,但噪音也会大大增加,如AB的仪器的噪音就非常高。如何提高散热器的散热均匀性也是一门学问。
五、模块的材料及形状
从均匀性的角度来讲,模块为银做是最好,其次是铜,然后是铝合金。市场上一般用的模块都是铝或银。主要是因为铜的体积比热容太大,不利于升降温速率。银也有同样的问题,因此市场上的银模块其实都是空心的。但做成空心的后,其对温度均匀性有负面的影响。因此市场上的银模块仪器的温度均匀性并不比铝合金的高,但升降温度速率要高些。由于银容易化,因此银模块有的是镀金的(不要以为是纯金的或是整块金或银的),有的是表面氧化处理后发灰的。
铝合金的模块也有形状问题,体积大且孔间连接多有利于均匀性,但不利于升降温速率。各个厂家在模块形状上也是下了功夫的,都是一个平衡。
六、升降温速度
升降温速度是PCR仪的另一个重要指标(以后再讨论),升降温速度过高也会影响温度的均匀性。因为升降温速度高,模块来不急传热,半导体片差异及传热造成的温度差会更大。
另外,用户使用PCR仪要的是管内的温度,而仪器能测到的是模块下传感器的温度,通过理论和实验的结果计算出来的管内温度与实际温度是有差别的,升降温速度越快,其差别也越大。
总之,除了以前谈到的六大因素之外,还有其他一些影响因素,如传感器的温度漂移、温度处理电路的老化、散热器的灰尘不均匀等。有些因素可以通过定期的校准和保养来减轻或消除。

 

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