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2021.10.29:顕微鏡上でタイムラプス撮影可能なDIYマイクロインキュベーターの温度上昇不足問題の原因を探る
2017.11.29:1万円でサーマルサイクラー(PCR装置)をDIY！その4。温度一定に維持するプログラムの動作に成功、だが温度ブレ大きい
2017.10.22:自分でサーマルサイクラー(PCR装置)を作ろうと思います。ペルチェを買ってきて冷却・加熱能力をテスト
2021.10.29
顕微鏡上でタイムラプス撮影可能なDIYマイクロインキュベーターの温度上昇不足問題の原因を探る
顕微鏡上でタイムラプス撮影可能なDIYマイクロインキュベーターの温度上昇不足問題の原因を探る
↑ＢＴＷ
↓コンパクトに仕上げた超小型卓上インキュベーターですが、温度が37度まで上がりにくいという問題が出てきました。
樹脂製テーブルの上に平置きとかだと37度まで上がるけど、金属製の顕微鏡のステージとかに置いた場合は37度まで上がりません。
(省略されています。全文を読む）
Category:#小型インキュベーター
2017.11.29
1万円でサーマルサイクラー(PCR装置)をDIY！その4。温度一定に維持するプログラムの動作に成功、だが温度ブレ大きい
1万円でサーマルサイクラー(PCR装置)をDIY！その4。温度一定に維持するプログラムの動作に成功、だが温度ブレ大きい
↑ＢＴＷ
前回までに作製したサーマルサイクラーのユニットを動作させてみました。上記は70℃一定に保つように後述のプログラムで「70℃を上回ると冷却、70℃を下回ると加熱」と動作させてみたところです。プログラムはpythonです。
↓実験風景、温度センサーをペルチェに耐熱アルミテープで貼り付けています。ペルチェに流す電源は12V
温度ログを見ると温度上昇は55℃〜65℃まで12秒かかっています。まあこんなものでしょうか？ただ、その後70℃一定に保つところがイマイチ、70℃超えると冷却、70℃超えると加熱とプログラムしていますが、-4℃〜+5℃まで大きく増減しています。温度を安定させるためには、目的温度に達するちょっと前に加熱、冷却を穏やかにするなどプログラムを工夫する必要がありそうです。
更に問題がありモータードライバには下記のように放熱フィンを貼り付けたのですが
↓これを使用
温度をサーモグラフィーで見ると
モータードライバの温度が114℃を超えていて、ちょっと上昇しすぎかなと思います。データシートには85℃以下になるように使えと書いてあります。170℃を超えると安全停止する仕組みも搭載されています。前回の実験だと12V流した場合には1.8Aぐらい流れているはず。放熱フィンにファンを付けて強制冷却させるか、連続通電するのを止めてペルチェに流す電力量を減らすかする必要があります。
あとは異常停止した後にペルチェへの電力供給をカットした方が良いのですが、どうやって実現しようかな。。。
これまでの記事↓
自分でサーマルサイクラー(PCR装置)を作ろうと思います。ペルチェを買ってきて冷却・加熱能力をテスト /バイオハッカー・ジャパン 1 users 
1万円でサーマルサイクラー(PCR装置)を作ろう！その2。制御用のモータードライバ（東芝TB66433KQ）をテスト /バイオハッカー・ジャパン 
1万円でサーマルサイクラー(PCR装置)を作ろう！その3。Raspberry Piを使って電装部分を作製 /バイオハッカー・ジャパン
(省略されています。全文を読む）
Category:PCR装置を作ろう
2017.10.22
自分でサーマルサイクラー(PCR装置)を作ろうと思います。ペルチェを買ってきて冷却・加熱能力をテスト
自分でサーマルサイクラー(PCR装置)を作ろうと思います。ペルチェを買ってきて冷却・加熱能力をテスト
↑ＢＴＷ
1年半前にKickstarterに10万円以上も出して出資した遺伝子実験用オールインワン装置「BentoLab」が当初の出荷予定から1年経過しても送られてくる気配が無いので自分でサーマルサイクラーを作ろうと思います。
最近、本当にクラウドファンディングとか計画する連中のルーズさにはウンザリ。クラウドファンディングの仕組みも良くないかもね。いったん資金調達した後のプロジェクト進行に対するインセンティブが無いからね。
買ってきたのはAmazon.co.jpで売っていた下記のペルチェユニット。「ペルチェ」とは電流を流すと、表から裏に温度を移動させる素子です。パソコンの中でCPUの冷却とか、ビジネスホテルの小さい冷蔵庫とかの冷却に使われています。
2つのファン付きで送料込み2220円ほど。
上下には大きなファン(90mm四方)と小さなファン(40mm四方)がついており、放熱用のアルミ製ヒートシンク(100mm四方、45mm四方)を挟んでペルチェが設置されています。ファンはいずれも12V(ブラシレス、DC)仕様です。
ペルチェ自体は「TEC1-12706」という型番で300円ほどで買えます。↓
スペックシートを見ると、最大電圧15.4V、最大電流6A、最大温度105℃。サーマルサイクラーを作るにはファンは1個で良いので大きな90mmファンを使う事として、小さな40mm四方のファンは取り外したところペルチェが見えました。
手前にペルチェが露出しており、奥側はファンがついています。ユニットの右側がファンを動かすための12V電源、左側が可変で電圧をかけられる安定電源装置です。
遺伝子を増幅するPCR反応は、95℃、60℃、70℃の温度変化を1分以内に繰り返し行うことが必要です。
そこで、とりあえずペルチェに電圧を加えてみて、どれぐらい冷やしたり、温めたりできるか調べてみます。
↓上から見たところ、
90mmファンには12Vを別電源で加えて全力で動作させておくこととして、ペルチェに電圧を変化させることの出来る安定電源をつなぎ、温度を調べました。温度はサーモグラフィーで測定。
●温める能力テスト
実験時の室温は22℃ぐらいです。
かけた電圧 電流 ペルチェ表面の温度 1V 0.3A 30℃ 2V 0.6A 40℃ 3V 0.8A 50℃ 4V 1A 60℃ 5V 1.24A 70℃ 6V 1.4A 80℃ 7V 1.5A 88℃ 8V 1.64A 98℃ 9V 1.9A 110℃
8V、1.64A(12Wぐらい)流すことでPCR反応に必要な95℃を作り出せることが分かりました。これはペルチェの反対側でファンが全力運転している状況ですので、ファンを切ればもっと低電力で実現可能と思います。
市販のサーマルサイクラーもファンは冷却時のみ動作しているような気がします。
●冷却能力テスト
次に冷却能力をチェックしました。これは、もしかしたら必須ではないかもしれませんが、PCR反応をうまく、短時間で行うためには速やかに冷却させることが好ましです。
これは、ペルチェに入る電極をプラスとマイナス逆にして冷却能力をためしてみました。
かけた電圧 電流 ペルチェ表面の温度 1V 0.3A 15℃ 3V 1A 10℃ 6V 2A -10℃ 9V 3A -18℃ 12V 4A -16℃
わずか1V、0.3Aで室温からの温度低下が確認出来ます。そして6V、2Aで-10℃に到達。その後、9V、3Aで-18℃に達しましたが、それ以上は冷えないようです。
このユニットのみでPCR反応に必要な加熱、冷却は行えることが分かりました。これからサーマルサイクラー作っていきますが、1万円以下で作れるんじゃないかな。
溶液を入れる0.6mlチューブを挿入するアルミのヒートブロックをどうやって作るかが一番の課題と感じます。アルミブロックにドリルででかい穴を開ければよいかな？
温度制御は、Raspberry Piを使う予定です。電圧を可変にするのは面倒だし金かかりそうなので、12V電源に反転回路（リレーを使う）をつなぎ加熱と冷却を変更、そして温度制御はSSR(ソリッドステートリレー)を使って、PWM(Pulse Width Modulation)方式で電力量をコントロールすることで実現しようかと思っています。
以下参考
3万円台で購入出来るスマホ接続型サーモグラフィー「FLIR ONE」が面白すぎる！〜屋内編（2016年の物欲その33) /usePocket.com 4 users 
2017年の物欲その28：中国製な格安安定化電源「wanptek KPS305D」。最大出力30V×5Aで送料込み6000円弱 /usePocket.com
(省略されています。全文を読む）
Category:PCR装置を作ろう
