影響96孔PCR儀均勻性的幾大因素分析

文章由東勝創(chuàng)新生物科技有限公司聶尚海博士原創(chuàng)編輯，僅供大家參考。

影響96孔PCR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(guān)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(dǎo)體片的不均勻
2、 控溫點的數(shù)量
3、 邊緣效應(yīng)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(dǎo)體片的不均勻
現(xiàn)在的PCR儀大都是用半導(dǎo)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(dǎo)體制冷片雖然是工業(yè)化生產(chǎn)，都幾乎都是手工的生產(chǎn)的，因此每一片都有差別，大的生產(chǎn)商會根據(jù)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(dǎo)體片的質(zhì)量會影響PCR儀的均勻性。一般大的生產(chǎn)廠家出廠時問題不大，但使用一段時間后，半導(dǎo)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(xiàn)出來了。
最大的問題是維修。半導(dǎo)體片本身是不能維修的。一般PCR儀都是多片半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體片只有一個溫度傳感器，則問題大了。當然更換半導(dǎo)體片后的裝配也是技術(shù)性很強的活，不經(jīng)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(xiàn)場維修，而是要返廠，并且是一次性更換一套半導(dǎo)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(shù)量
一方面半導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)體片下面安放溫度傳感器，并有相應(yīng)的控制電路獨立控制和校準（這樣做生產(chǎn)商的成本會上升）。如AB的9700就有三個傳感器及相應(yīng)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(chǎn)生溫度梯度。

三、邊緣效應(yīng)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(yīng)。其實散熱器也有邊緣溫度偏低的問題。減弱邊緣效應(yīng)一般采用邊緣輔助加熱的技術(shù)，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(yīng)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(guān)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(dǎo)體片控制的是其正反兩面的溫度差，每一塊半導(dǎo)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(dǎo)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。由于銀容易氧化，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(fā)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(dǎo)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(nèi)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(jié)果計算出來的管內(nèi)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(yǎng)來減輕或消除。

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