پی سی آر کے لیے تھرمو الیکٹرک کولنگ

پیلٹیئر کولنگ (Peltier اثر پر مبنی تھرمو الیکٹرک کولنگ ٹیکنالوجی) PCR (پولیمریز چین ری ایکشن) کے آلات کے لیے درجہ حرارت کنٹرول سسٹم کی بنیادی ٹیکنالوجیز میں سے ایک بن گئی ہے کیونکہ اس کے تیز رفتار ردعمل، درجہ حرارت کے درست کنٹرول، اور کمپیکٹ سائز، PCR کی کارکردگی، درستگی اور اطلاق کے منظرناموں پر گہرا اثر ڈالتا ہے۔ پی سی آر کی بنیادی ضروریات سے شروع ہونے والی تھرمو الیکٹرک کولنگ (پیلٹیئر کولنگ) کے مخصوص ایپلی کیشنز اور فوائد کا تفصیلی تجزیہ درج ذیل ہے۔

I. پی سی آر ٹیکنالوجی میں درجہ حرارت کے کنٹرول کے لیے بنیادی تقاضے

پی سی آر کا بنیادی عمل ڈینیچریشن (90-95℃)، اینیلنگ (50-60℃)، اور ایکسٹینشن (72℃) کا ایک بار بار چلنے والا چکر ہے، جس کے درجہ حرارت کنٹرول سسٹم کے لیے انتہائی سخت تقاضے ہیں۔

درجہ حرارت میں تیزی سے اضافہ اور گرنا: ایک چکر کا وقت کم کریں (مثال کے طور پر، 95℃ سے 55℃ تک گرنے میں صرف چند سیکنڈ لگتے ہیں)، اور رد عمل کی کارکردگی کو بڑھانا؛

اعلی صحت سے متعلق درجہ حرارت کنٹرول: اینیلنگ درجہ حرارت میں ±0.5℃ کا انحراف غیر مخصوص امپلیفیکیشن کا باعث بن سکتا ہے، اور اسے ±0.1℃ کے اندر کنٹرول کیا جانا چاہیے۔

درجہ حرارت کی یکسانیت: جب متعدد نمونے بیک وقت رد عمل ظاہر کرتے ہیں، تو نتائج کے انحراف سے بچنے کے لیے نمونے کے ویلز کے درمیان درجہ حرارت کا فرق ≤0.5℃ ہونا چاہیے۔

منیچرائزیشن موافقت: پورٹیبل پی سی آر (جیسے آن سائٹ ٹیسٹنگ پی او سی ٹی منظرنامے) سائز میں کمپیکٹ اور مکینیکل پہننے والے حصوں سے پاک ہونا چاہئے۔

II پی سی آر میں تھرمو الیکٹرک کولنگ کی بنیادی ایپلی کیشنز

تھرمو الیکٹرک کولر TEC، تھرمو الیکٹرک کولنگ ماڈیول، پیلٹیر ماڈیول براہ راست کرنٹ کے ذریعے "ہٹنگ اور کولنگ کا دو طرفہ سوئچنگ" حاصل کرتا ہے، جو کہ پی سی آر کی درجہ حرارت کنٹرول کی ضروریات سے بالکل میل کھاتا ہے۔ اس کی مخصوص ایپلی کیشنز مندرجہ ذیل پہلوؤں سے ظاہر ہوتی ہیں۔

1. درجہ حرارت میں تیزی سے اضافہ اور گرنا: رد عمل کا وقت مختصر کریں۔

اصول: کرنٹ کی سمت تبدیل کر کے، TEC ماڈیول، تھرمو الیکٹرک ماڈیول، پیلٹیئر ڈیوائس تیزی سے "ہیٹنگ" کے درمیان سوئچ کر سکتا ہے (جب کرنٹ آگے ہوتا ہے، TEC ماڈیول کا ہیٹ جذب کرنے والا اینڈ، پیلٹیئر ماڈیول ہیٹ ریلیز کرنے والا اینڈ بن جاتا ہے) اور "کولنگ" (جب کرنٹ ختم ہو جاتا ہے) end) موڈز، جوابی وقت کے ساتھ عام طور پر 1 سیکنڈ سے کم۔

فوائد: ریفریجریشن کے روایتی طریقے (جیسے پنکھے اور کمپریسر) گرمی کی ترسیل یا مکینیکل حرکت پر انحصار کرتے ہیں، اور حرارتی اور کولنگ کی شرحیں عام طور پر 2℃/s سے کم ہوتی ہیں۔ جب TEC کو اعلی تھرمل چالکتا میٹل بلاکس (جیسے کاپر اور ایلومینیم ملاوٹ) کے ساتھ ملایا جاتا ہے، تو یہ 5-10℃/s کی حرارتی اور کولنگ کی شرح حاصل کر سکتا ہے، جس سے PCR سائیکل کا وقت 30 منٹ سے کم کر کے 10 منٹ سے کم ہو جاتا ہے (جیسے تیز رفتار PCR آلات میں)۔

2. اعلی صحت سے متعلق درجہ حرارت کنٹرول: پروردن کی خصوصیت کو یقینی بنانا

اصول: TEC ماڈیول، تھرمو الیکٹرک کولنگ ماڈیول، تھرمو الیکٹرک ماڈیول کی آؤٹ پٹ پاور (حرارت/کولنگ کی شدت) موجودہ شدت کے ساتھ خطی طور پر منسلک ہے۔ اعلی درستگی والے درجہ حرارت کے سینسر (جیسے پلاٹینم مزاحمت، تھرموکوپل) اور پی آئی ڈی فیڈ بیک کنٹرول سسٹم کے ساتھ مل کر، درست درجہ حرارت کنٹرول حاصل کرنے کے لیے کرنٹ کو حقیقی وقت میں ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے۔

فوائد: درجہ حرارت کنٹرول کی درستگی ±0.1℃ تک پہنچ سکتی ہے، جو روایتی مائع غسل یا کمپریسر ریفریجریشن (±0.5℃) سے کہیں زیادہ ہے۔ مثال کے طور پر، اگر اینیلنگ مرحلے کے دوران ہدف کا درجہ حرارت 58 ℃ ہے، تو TEC ماڈیول، تھرمو الیکٹرک ماڈیول، پیلٹیئر کولر، پیلٹیئر عنصر اس درجہ حرارت کو مستحکم طور پر برقرار رکھ سکتا ہے، درجہ حرارت کے اتار چڑھاو کی وجہ سے پرائمر کی غیر مخصوص پابندی سے گریز کرتے ہوئے اور ایمپلیفیکیشن کی خصوصیت کو نمایاں طور پر بڑھاتا ہے۔

3. چھوٹا ڈیزائن: پورٹیبل پی سی آر کی ترقی کو فروغ دینا

اصول: TEC ماڈیول، peltier عنصر، peltier ڈیوائس کا حجم صرف چند مربع سینٹی میٹر ہے (مثال کے طور پر، ایک 10×10mm TEC ماڈیول، تھرمو الیکٹرک کولنگ ماڈیول، peltier ماڈیول کسی ایک نمونے کی ضروریات کو پورا کر سکتا ہے)، اس میں کوئی مکینیکل حرکت کرنے والے پرزے نہیں ہیں (جیسے کہ پیسربلا یا کمپریس فین کی ضرورت نہیں ہے)۔ ریفریجرینٹ

فوائد: جب روایتی PCR آلات کولنگ کے لیے کمپریسرز پر انحصار کرتے ہیں، تو ان کا حجم عام طور پر 50L سے زیادہ ہوتا ہے۔ تاہم، تھرمو الیکٹرک کولنگ ماڈیول، تھرمو الیکٹرک ماڈیول، پیلٹیر ماڈیول، ٹی ای سی ماڈیول کا استعمال کرتے ہوئے پورٹیبل پی سی آر آلات کو 5L سے کم کیا جا سکتا ہے (جیسے ہاتھ سے پکڑے جانے والے آلات)، انہیں فیلڈ ٹیسٹنگ کے لیے موزوں بناتے ہیں (جیسے کہ وبا کے دوران سائٹ پر اسکریننگ)، کلینیکل بیڈ سائیڈ ٹیسٹنگ، اور دیگر۔

4. درجہ حرارت کی یکسانیت: مختلف نمونوں کے درمیان مستقل مزاجی کو یقینی بنائیں

اصول: TEC صفوں کے متعدد سیٹوں کو ترتیب دینے سے (جیسے کہ 96 مائیکرو TECs جو کہ 96 کنویں پلیٹ سے مطابقت رکھتا ہے)، یا ہیٹ شیئرنگ میٹل بلاکس (اعلی تھرمل چالکتا مواد) کے ساتھ مل کر، TECs میں انفرادی فرق کی وجہ سے درجہ حرارت کے انحراف کو دور کیا جا سکتا ہے۔

فوائد: سیمپل ویلز کے درمیان درجہ حرارت کے فرق کو ±0.3℃ کے اندر کنٹرول کیا جا سکتا ہے، ایج ویلز اور سنٹرل ویلز کے درمیان متضاد درجہ حرارت کی وجہ سے پیدا ہونے والے ایمپلیفیکیشن کی کارکردگی کے فرق سے گریز کیا جا سکتا ہے، اور نمونے کے نتائج کی موازنہ کو یقینی بنایا جا سکتا ہے (جیسے ریئل ٹائم فلوروسینس مقداری PCR میں CT اقدار کی مستقل مزاجی)۔

5. قابل اعتماد اور برقرار رکھنے کی صلاحیت: طویل مدتی اخراجات کو کم کریں۔

اصول: TEC میں پہننے والے پرزے نہیں ہیں، اس کی عمر 100,000 گھنٹے سے زیادہ ہے، اور اسے ریفریجرینٹس کی باقاعدہ تبدیلی کی ضرورت نہیں ہے (جیسے کمپریسرز میں فریون)۔

فوائد: روایتی کمپریسر کے ذریعے ٹھنڈا ہونے والے پی سی آر آلے کی اوسط عمر تقریباً 5 سے 8 سال ہوتی ہے، جبکہ ٹی ای سی سسٹم اسے 10 سال تک بڑھا سکتا ہے۔ مزید برآں، دیکھ بھال کے لیے صرف گرمی کے سنک کی صفائی کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے سامان کے آپریشن اور دیکھ بھال کے اخراجات میں نمایاں کمی آتی ہے۔

III ایپلی کیشنز میں چیلنجز اور اصلاح

سیمی کنڈکٹر کولنگ پی سی آر میں کامل نہیں ہے اور اس کے لیے ٹارگٹڈ اصلاح کی ضرورت ہے:

حرارت کی کھپت میں رکاوٹ: جب TEC ٹھنڈا ہو رہا ہوتا ہے، تو گرمی کے اخراج کے اختتام پر گرمی کی ایک بڑی مقدار جمع ہوتی ہے (مثال کے طور پر، جب درجہ حرارت 95 ℃ سے 55 ℃ تک گر جاتا ہے، درجہ حرارت کا فرق 40 ℃ تک پہنچ جاتا ہے، اور گرمی کی رہائی کی طاقت نمایاں طور پر بڑھ جاتی ہے)۔ اسے گرمی کی کھپت کے موثر نظام (جیسے تانبے کے ہیٹ سنک + ٹربائن کے پنکھے، یا مائع کولنگ ماڈیولز) کے ساتھ جوڑنا ضروری ہے، بصورت دیگر یہ کولنگ کی کارکردگی میں کمی (اور زیادہ گرمی سے ہونے والے نقصان) کا باعث بنے گا۔

توانائی کی کھپت کا کنٹرول: بڑے درجہ حرارت کے فرق کے تحت، TEC توانائی کی کھپت نسبتاً زیادہ ہے (مثال کے طور پر، 96 کنویں والے PCR آلے کی TEC پاور 100-200W تک پہنچ سکتی ہے)، اور یہ ضروری ہے کہ ذہین الگورتھم (جیسے پیشین گوئی درجہ حرارت کنٹرول) کے ذریعے غیر موثر توانائی کی کھپت کو کم کیا جائے۔

iv. عملی درخواست کے مقدمات

فی الحال، مرکزی دھارے کے پی سی آر آلات (خاص طور پر ریئل ٹائم فلوروسینس مقداری پی سی آر آلات) نے عام طور پر سیمی کنڈکٹر کولنگ ٹیکنالوجی کو اپنایا ہے، مثال کے طور پر:

لیبارٹری کے درجے کا سامان: ایک مخصوص برانڈ کا 96 کنویں فلوروسینس مقداری PCR آلہ، جس میں TEC درجہ حرارت کو کنٹرول کرنے کی خاصیت ہے، جس کی حرارت اور کولنگ کی شرح 6℃/s تک، درجہ حرارت کنٹرول کی درستگی ±0.05℃، اور 384 اچھی طرح سے ہائی تھرو پٹ کا پتہ لگانے میں معاون ہے۔

پورٹیبل ڈیوائس: ٹی ای سی ڈیزائن پر مبنی ایک مخصوص ہینڈ ہیلڈ پی سی آر آلہ (1 کلو سے کم وزن)، 30 منٹ کے اندر ناول کورونا وائرس کا پتہ لگانے کو مکمل کر سکتا ہے اور ہوائی اڈوں اور کمیونٹیز جیسے سائٹ پر موجود منظرناموں کے لیے موزوں ہے۔

خلاصہ

تھرمو الیکٹرک کولنگ، تیز رفتار ردعمل، اعلی درستگی اور چھوٹے پن کے اپنے تین بنیادی فوائد کے ساتھ، کارکردگی، مخصوصیت اور منظر کی موافقت کے لحاظ سے پی سی آر ٹیکنالوجی کے اہم درد کے نکات کو حل کر چکا ہے، جدید پی سی آر آلات (خاص طور پر تیز رفتار اور پورٹیبل ڈیوائسز) کے لیے معیاری ٹیکنالوجی بن گیا ہے، اور پی سی آر کو لیبارٹری سے وسیع پیمانے پر ایپلی کیشن فیلڈ کے طور پر استعمال کرنے کے لیے استعمال کیا جا رہا ہے۔

PCR مشین کے لیے TES1-15809T200

گرم سائیڈ کا درجہ حرارت: 30C،

Imax: 9.2A،

Umax: 18.6V

کیو میکس: 99.5 ڈبلیو

ڈیلٹا ٹی زیادہ سے زیادہ: 67 سی

ACR: 1.7 ±15% Ω （1.53 سے 1.87 اوہم）

سائز: 77 × 16.8 × 2.8 ملی میٹر