热电冷却微流体芯片的温度响应特性优化研究

摘要

精确的温度调控是微流体技术在生化分析和医学诊断等方面发展应用的重要保障。为实现微流体芯片目标区域的温度控制,本文设计了基于异型结构热电制冷器的微流体芯片温度控制系统,通过数值模拟和实验测试分析了该温控系统的传热特性及及温度响应特性。研究结果表明:采用的热电制冷器可将微流体芯片样品池的温度降至-24℃,但样品池的降温速率远小于热电制冷器的冷端降温速率,存在温度响应迟滞问题。为此,进一步提出了带有聚冷结构的系统优化,结果表明:聚冷结构的引入虽然会带来少量的冷量损失,但可以显著提升该温控系统的温度响应速率,有效减少响应时间。对于T型聚冷结构,当下底直径为14 mm和10 mm时,可分别将温度响应时间减少30%和40.7%。