2023苏州医疗器械展会盘点半导体制冷技术在医疗仪器中的应用
2023-04-13
半导体制冷
2023苏州医疗器械展会Medtec China了解到半导体制冷又称电子制冷，或者温差电制冷，是从50年代发展起来的一门介于制冷技术和半导体技术边缘的学科，它利用特种半导体材料构成的P-N结，形成热电偶对，产生珀尔帖效应，即通过直流电制冷的一种新型制冷方法，与压缩式制冷和吸收式制冷并称为世界三大制冷方式。随着现代医学研究不断深入，医疗仪器不断更新，半导体制冷技术已广泛应用于医疗仪器中，
一、PCR仪
PCR（Polymerase Chain Reaction）即聚合酶链式反应，是指在DNA聚合酶催化下，以母链DNA为模板，以特定引物为延伸起点。PCR仪作为分子生物学相关实验的常规仪器，每年都有数千台的选购量，PCR技术(聚合酶链反应)是靠酶促反应合成特异DNA片断的方法。它由高温变性、低温退火、适温延伸三个温度阶梯反复构成的热循环组成，因此，PCR仪实际上是程序控温仪，又称基因扩增仪。
PCR仪效果与温度阶梯间的转换时间密切相关，时间越短，扩增特异性越高，效果越好。关键技术就是提高样品温升(降)速度。
采用普通制冷(加热)方法，如压缩机制冷、水冷、风冷、红外线加热、电热丝加热等，要达到较好的扩增效果非常困难；
而采用半导体制冷技术的PCR仪不仅能达到很好的扩增效果，还具有体积小、无噪音、温度调节范围大等优点。这也是许多高档PCR仪的技术核心所在。
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二、呼吸机气泵
一般将气体冷却降温后，会再通过水分离器将冷凝水分离出来，达到干燥气体的目的。
与风冷方式制冷的普通国产气泵相比，采用半导体制冷技术制冷的气泵拥有体积小、结构简单、无噪声、冷凝速度快及冷凝效率高等优点，因而，被广泛应用于高档呼吸机气泵中。现有的主流微型制冷系统按照其产生冷量方式的不同，可以分为蒸气压缩制冷、吸收式制冷、吸附式制冷和半导体制冷，不同制冷方式具有不同的优缺点，适用于不同的场合。
三、冷冻切片机
普通切片机采用CO₂作制冷剂，温度仅能达到-10℃左右，且降温速度不快，冷冻前还需进行保持处理，以保证组织细胞不被破坏。因而，切片过程耗时较长。
特别是环境温度较高时，由于组织的冷冻硬度直接影响组织切片效果，组织硬度又随组织温度升高而变低，加之冷冻速度不够高会出现切片冰晶或组织细胞破裂等现象，影响切片质量。
而采用半导体制冷技术冷冻组织的冷冻切片机切片过程仅需冷冻、切片两个工艺过程。
组织冷冻速度高、温度低，能在几分钟内将组织温度降至-50℃～-60℃。具有操作简单方便、切片速度快，质量高等优点。
四、Nd—YAG激光手术器
Nd—YAG激光手术器的最大特点就是输出功率大，可对病变细胞进行气化或切割。另外，被Nd—YAG激光治疗过的溃疡组织和肿瘤组织对该种溃疡或肿瘤有免疫力，不会复发。因而，近年来被广泛应用于临床治疗。
输出功率大，消耗的电功率相应也大，以医疗常用的100WNd—YAG激光手术器为例，其消耗的电功率高达35KW以上，如此大的能量仅有少部分转化为光能。大部分转化为热能，如果散热不充分，将损坏激光腔体和内部YAG晶体及氙灯等。
因而，激光腔体充分散热是保证Nd—YAG激光手术器正常工作的前提条件。
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目前，不论国产还是进口的Nd—YAG激光手术器，绝大多数产品均采用水冷方式冷却激光腔，这也导致普遍存在水管连接复杂，体积庞大，操作繁琐，连续工作时间短等缺点；
而采用半导体制冷的Nd—YAG激光手术器，制冷系统体积小、重量轻，可实现一体化设计，将手术器整套部件，包括电、激光腔体、温控电路、半导体制冷系统等全部装配在一起，并且无外加水箱、外接水管等辅助配件，体积小、重量轻，使用极为方便。
同时，连续工作时间很长，当输出功率小于40瓦时，基本可实现连续工作无限制。
文章来源：华晶温控
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