熱循環(huán)設(shè)備制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種熱循環(huán)設(shè)備(10)，該熱循環(huán)設(shè)備（10）包括至少一個(gè)樣品保持器(11)、至少一個(gè)熱參考件(12)和至少一個(gè)加熱和/或冷卻設(shè)備(13)，加熱和/或冷卻設(shè)備（13）布置于所述樣品保持器與所述熱參考件之間。所述加熱和/或冷卻設(shè)備與所述樣品保持器和熱參考件成導(dǎo)熱接觸。而且，該設(shè)備包括至少一個(gè)參考件加熱和/或冷卻設(shè)備（14）和散熱器（15），該參考件加熱和/或冷卻設(shè)備（14）用于在循環(huán)期間將熱參考件的溫度維持在預(yù)定溫度水平，該散熱器（15）與所述參考件加熱和/或冷卻設(shè)備（14）成導(dǎo)熱接觸。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及一種熱循環(huán)設(shè)備，特別地涉及一種用于使物體經(jīng)受熱循環(huán)規(guī)程的熱循環(huán)設(shè)備。特別地，本專利技術(shù)涉及用于使包含核酸的樣品經(jīng)受如聚合酶鏈反應(yīng)規(guī)程的熱循環(huán)規(guī)程的熱循環(huán)設(shè)備。
技術(shù)介紹
熱循環(huán)設(shè)備是用于使物體經(jīng)受熱循環(huán)規(guī)程(S卩，以重復(fù)方式使物體經(jīng)受不同溫度的循環(huán))的器械。最通常地，這些設(shè)備，也被稱作熱循環(huán)儀，用于生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室中，其中它們用于根據(jù)聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)程序來擴(kuò)增核酸。熱循環(huán)儀包括熱塊，熱塊具有可放置樣品的設(shè)施。而且，這種設(shè)備包括加熱和冷卻單元，用于以離散的預(yù)定步驟來升高和降低該熱塊的溫度。這些熱循環(huán)設(shè)備的基本原理例如公開于US 5，038，852中。該設(shè)備生成必須要耗散的凈熱。否則，該設(shè)備的總性能將受損，即，會(huì)降低冷卻和 /或加熱性能。因此需要將此過程中生成的過量熱擯棄或耗散到散熱器內(nèi)，熱從散熱器直接地或間接地遷移到環(huán)境。這繼而意味著散熱器將變得比環(huán)境顯著地更熱。在上述確定的環(huán)境中，特別是當(dāng)涉及設(shè)備的最小型化時(shí)，散熱是一個(gè)真正的挑戰(zhàn)， 因?yàn)樵诟咄掏铝繉?shí)驗(yàn)室環(huán)境中、芯片級(jí)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中、高度集成的設(shè)備等情況下需要散熱。因此，熱循環(huán)儀(特別是配備佩爾捷(Peltier)效應(yīng)的熱循環(huán)儀)包括較大的散熱器，所生成的熱耗散到該較大散熱器內(nèi)。這些散熱器常常連接到冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)被調(diào)整到例如30°C的溫度。但是，這導(dǎo)致與上文所確定的最小型化需求不兼容的額外器械要求，且意味著高制造成本和操作期間更多的維護(hù)工作。而且，在許多應(yīng)用中，期望加速熱循環(huán)過程。但是，在PCR規(guī)程中，例如，不能簡單地縮短以給定溫度發(fā)生的不同步驟(例如，復(fù)性(annealing)、延伸和變性)的持續(xù)時(shí)間，因?yàn)檫@些與過程的效率相關(guān)。加速該過程的唯一選擇是縮短設(shè)備從一個(gè)步驟切換到另一個(gè)步驟(即相應(yīng)地將其中包含樣品的樣品保持器加熱或冷卻到下一溫度水平)所需的時(shí)間。包括佩爾捷效應(yīng)的元件的熱循環(huán)儀也遭遇此問題。由于這些設(shè)備的有限的加熱和冷卻性能， 在這些熱循環(huán)儀中，加熱或冷卻樣品保持器所需的時(shí)間相當(dāng)長，即，所謂的“熱斜坡”不是很陡。付出了很多的努力來解決這個(gè)問題。一種辦法是減小樣品保持器的熱容量，且增強(qiáng)樣品保持器的導(dǎo)熱率以及增強(qiáng)樣品保持器與冷卻和/或加熱設(shè)備之間的導(dǎo)熱率。另一辦法是提供帶有隔熱蓋的樣品保持器。但是，所有這些方案都未能完全滿足與熱循環(huán)過程速度相關(guān)的要求。WO 2006/105919公開了一種對多個(gè)樣品同時(shí)進(jìn)行熱循環(huán)的設(shè)備，其包括熱塊、至少一個(gè)熱泵，散熱器、控制單元和熱基座，熱基座與所述散熱器以及所述熱泵進(jìn)行熱接觸。 熱基座是蒸氣腔室設(shè)備，特別是用于運(yùn)輸和分配熱的熱管。與散熱器組合地使用熱基座改進(jìn)了散熱且?guī)椭s短處于熱循環(huán)規(guī)程范圍內(nèi)的冷卻步驟所需的時(shí)間。但是，所述熱基座僅促進(jìn)由散熱器所進(jìn)行的散熱。缺點(diǎn)在于，這種效果是單向的， 僅影響到散熱器的散熱。另一缺點(diǎn)在于，僅可以以“接通”或“斷開”熱基座的方式來控制熱基座。因此，此熱基座只是無源工作的耗散設(shè)備。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種熱循環(huán)設(shè)備，用于使樣品經(jīng)受熱循環(huán)過程，特別是經(jīng)受聚合酶鏈反應(yīng)。利用根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的設(shè)備來滿足這個(gè)目的。附屬權(quán)利要求提供優(yōu)選的實(shí)施例。在詳細(xì)描述本專利技術(shù)之前，應(yīng)了解本專利技術(shù)并不限于所述設(shè)備的特定組成構(gòu)件或所述方法的特定過程步驟，因?yàn)檫@些設(shè)備和方法可變更。還應(yīng)了解，在給出由數(shù)值限定的參數(shù)范圍的情況下，該參數(shù)范圍被認(rèn)為包括這些限制值。根據(jù)本專利技術(shù)，提供一種熱循環(huán)設(shè)備，其包括至少一個(gè)樣品保持器、至少一個(gè)熱參考件，和至少一個(gè)加熱和/或冷卻設(shè)備。加熱和/或冷卻設(shè)備布置于所述樣品保持器與所述熱參考件之間，且與所述樣品保持器和熱參考件成導(dǎo)熱接觸。而且，該設(shè)備包括至少一個(gè)參考件加熱和/或冷卻設(shè)備和散熱器，該參考件加熱和/或冷卻設(shè)備用于在循環(huán)期間維持熱參考件的溫度在預(yù)定溫度水平，該散熱器與所述溫度控制裝置成導(dǎo)熱接觸。附圖說明圖1示出熱循環(huán)設(shè)備。圖2示出不同實(shí)施例的熱循環(huán)設(shè)備。圖3A示范性地示出PCR熱循環(huán)規(guī)程。圖:3B示出相同的PCR熱循環(huán)規(guī)程。但在此情況下，將熱參考件(灰色水平桿)的溫度水平調(diào)整到低于復(fù)性溫度與變性溫度之間的算術(shù)平均數(shù)但仍高于復(fù)性溫度的值。具體實(shí)施例方式如本文所用的術(shù)語“樣品保持器”是指能接納樣品(例如包括核酸的生物樣品)的設(shè)備。這些樣品可包含于專用容器中，如微反應(yīng)管或微量滴定板。如本文所用的術(shù)語“熱循環(huán)規(guī)程”是指至少一個(gè)樣品保持器和其中所包含的樣品分別被重復(fù)地加熱和/或冷卻到至少兩個(gè)不同溫度水平的規(guī)程。為此目的，在優(yōu)選實(shí)施例中，加熱和/或冷卻設(shè)備配備有微處理器控制單元和存儲(chǔ)器，在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有熱循環(huán)規(guī)程。在優(yōu)選實(shí)施例中，加熱和/或冷卻設(shè)備是熱電設(shè)備。此可例如為熱離子發(fā)射設(shè)備。 在另一優(yōu)選實(shí)施例中，熱電設(shè)備是熱隧道(thermoturmel)冷卻設(shè)備。在另一優(yōu)選實(shí)施例中， 熱電設(shè)備是熱泵。但在一特別優(yōu)選實(shí)施例中，加熱和/或冷卻設(shè)備是佩爾捷效應(yīng)元件。同樣，用于熱參考件的至少一個(gè)參考件加熱和/或冷卻設(shè)備可優(yōu)選地包括至少一個(gè)熱電設(shè)備，更優(yōu)選地包括至少一個(gè)佩爾捷效應(yīng)元件。根據(jù)本專利技術(shù)的一實(shí)施例，該設(shè)備可包括布置于樣品保持器與熱參考件之間的至少一個(gè)加熱和/或冷卻設(shè)備。根據(jù)本專利技術(shù)的一優(yōu)選實(shí)施例，該設(shè)備可包括布置于樣品保持器與熱參考件之間的多個(gè)加熱和/或冷卻設(shè)備。在此實(shí)施例中，加熱和/或冷卻設(shè)備優(yōu)選地為多個(gè)單獨(dú)的佩爾捷效應(yīng)元件。這可提供以下優(yōu)點(diǎn)樣品保持器的單個(gè)腔室可獨(dú)立地受到溫度控制以進(jìn)一步最優(yōu)化熱循環(huán)過程。常常被稱作熱電熱泵或者熱電冷卻器的佩爾捷效應(yīng)元件為固態(tài)有源熱泵，其從設(shè)備的一側(cè)向另一側(cè)傳熱。在優(yōu)選實(shí)施例中，這種設(shè)備包括由Al2O3制成的兩個(gè)陶瓷板，在它們之間安置由P摻雜和η摻雜半導(dǎo)體(優(yōu)選地選自Bi2TeySb2TeyBi2Si53和諸如此類的材料) 制成的小立方體，其以交換模式分別在其頂部或底部利用金屬橋相互連接。根據(jù)本專利技術(shù)的設(shè)備可提供參考件加熱和/或冷卻設(shè)備以用于控制熱參考件的溫度。根據(jù)本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例，根據(jù)本專利技術(shù)的設(shè)備提供參考件加熱和/或冷卻設(shè)備以在循環(huán)期間將熱參考件的溫度維持在預(yù)定溫度水平。因此在循環(huán)期間可向加熱和/或冷卻設(shè)備提供恒溫參考。在加熱和/或冷卻設(shè)備是佩爾捷效應(yīng)元件的情況下，其一側(cè)與樣品保持器相鄰且另一側(cè)與熱參考件接觸，該另一側(cè)在循環(huán)期間將經(jīng)歷恒溫，而與熱循環(huán)的實(shí)際狀態(tài)無關(guān)， 即，與樣品保持器是被加熱還是被冷卻無關(guān)。根據(jù)本專利技術(shù)的設(shè)備因此提供加熱和/或冷卻設(shè)備更好性能的條件，特別是在加熱和/或冷卻設(shè)備是佩爾捷效應(yīng)元件的情況下。在熱循環(huán)規(guī)程的最終階段，當(dāng)樣品保持器被冷卻到用于儲(chǔ)存樣品的低溫(優(yōu)選地在大約0°c，更優(yōu)選地在0°C至10°C之間或者在4°C與8°C之間)時(shí)，可降低熱參考件的參考溫度。根據(jù)本專利技術(shù)的設(shè)備可提供參考件加熱和/或冷卻設(shè)備，用于在儲(chǔ)存期間將熱參考件的溫度維持在預(yù)定溫度水平。在儲(chǔ)存期間可向加熱和/或冷卻設(shè)備提供恒溫參考。優(yōu)選地， 在儲(chǔ)存期間的恒溫參考值低于在循環(huán)期間的恒溫參考值。根據(jù)本專利技術(shù)的設(shè)備可因此提供參考件加熱和/或冷卻設(shè)備，用于在循環(huán)期間將熱參考件溫度維持在預(yù)定溫度水平，且在儲(chǔ)存期間將熱參考件溫度維持在預(yù)定溫度水平。上述參考件加熱和/或冷卻設(shè)備因此能提供用于有源地將熱參考件的溫度維持在預(yù)定水平的設(shè)備，即使在本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．　一種熱循環(huán)設(shè)備（１０），其包括：Ａ）至少一個(gè)樣品保持器（１１）；Ｂ）至少一個(gè)熱參考件（１２）；Ｃ）至少一個(gè)加熱和／或冷卻設(shè)備（１３），其布置于所述樣品保持器與所述熱參考件之間，且與所述樣品保持器和所述熱參考件成導(dǎo)熱接觸，Ｄ）至少一個(gè)參考件加熱和／或冷卻設(shè)備（１４），其用于在循環(huán)期間將所述熱參考件的溫度維持在預(yù)定溫度水平；以及Ｅ）散熱器（１５），其與所述參考件加熱和／或冷卻設(shè)備（１４）成導(dǎo)熱接觸。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】1.一種熱循環(huán)設(shè)備(10)，其包括A)至少一個(gè)樣品保持器(11);B)至少一個(gè)熱參考件(12);C)至少一個(gè)加熱和/或冷卻設(shè)備(13)，其布置于所述樣品保持器與所述熱參考件之間，且與所述樣品保持器和所述熱參考件成導(dǎo)熱接觸，D)至少一個(gè)參考件加熱和/或冷卻設(shè)備(14)，其用于在循環(huán)期間將所述熱參考件的溫度維持在預(yù)定溫度水平；以及E)散熱器(15)，其與所述參考件加熱和/或冷卻設(shè)備(14)成導(dǎo)熱接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述至少一個(gè)加熱和/或冷卻設(shè)備(13) 和/或所述至少一個(gè)參考件加熱和/或冷卻設(shè)備(14)包括至少一個(gè)熱電設(shè)備，優(yōu)選地包括至少一個(gè)佩爾捷效應(yīng)元件。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述熱參考件，所述至少一個(gè)樣品保持器和/或所述散熱器包括至少一種高導(dǎo)熱材料，該高導(dǎo)熱材料優(yōu)選地...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：BT弗哈爾，JF莫萊納爾，MCF弗沃爾恩，
申請(專利權(quán))人：BT弗哈爾，JF莫萊納爾，MCF弗沃爾恩，
類型：發(fā)明
國別省市：NL