Diseño del módulo termoelectrónico y del sistema de control para la optimización de las rampas de temperatura de la PCR en un prototipo de termociclador

Abstract

La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es una técnica de biología molecular con muchas aplicaciones en la salud y la ciencia. La máquina encargada de realizar la PCR se llama termociclador y es de suma importancia en laboratorios clínicos y de investigación. Debido a su elevado precio, se dificulta la inclusión de los termocicladores en países en vías de desarrollo como el Perú. Por este motivo, el objetivo de este trabajo es optimizar el prototipo de termociclador del grupo de investigación Equi-LaB de la PUCP para conseguir un producto asequible y competitivo. El problema con el último prototipo es que su rampa de temperatura es de 3°C/s y es un desempeño bajo en comparación con los modelos comerciales. Para solucionar este problema, se ha empleado la metodología VDI 2206 para seleccionar los modelos comerciales de los componentes del módulo termoeléctrico; especialmente, la celda Peltier con la potencia adecuada. Luego, se ha empleado un modelo matemático para la celda cuyos parámetros fueron calculados a partir de su hoja de datos técnica. Después, se ha realizado el diseño de un sistema de control en lazo cerrado con una estrategia de control híbrida que combina el control PI y el control ON/OFF para aumentar la precisión de la temperatura de los ciclos de la PCR. Finalmente, las simulaciones en el software Proteus muestran que el diseño electrónico del circuito de potencia alimenta correctamente a la celda Peltier seleccionada. Las simulaciones en MATLAB/Simulink indican que el algoritmo de control propuesto permite eliminar los sobre impulsos, reducir el error en estado estable hasta ser despreciable y aumentar la rampa de temperatura a 5.6 °C/s, lo cual es un incremento de 86% en comparación con el prototipo anterior.