CN204874536U - 用于提供可扩展的热循环仪并隔离热电设备的装置和*** - Google Patents

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Abstract

在一个方面，公开了包括样本框和热电设备的热循环仪***。在各种实施例中，样本框具有配置成接收多个反应容器的第一表面和相对的第二表面。在各种实施例中，热电设备被可操作地耦合至样本框的第二表面。在各种实施例中，提供了热控制单元。在各种实施例中，热控制单元包括计算机处理单元。在各种实施例中，热控制单元包括电流源。在各种实施例中，热控制单元还包括配置成通过电缆将热电设备与电流源连接的电接口部分。在各种实施例中，热控制单元在与样本框和热电冷却器不同的平面上取向。

Description

用于提供可扩展的热循环仪并隔离热电设备的装置和***
技术领域
本公开一般涉及用于提供可扩展的热循环仪并隔离热电设备的装置、***和方法。
背景技术
支持聚合酶链式反应(PCR)的热循环是在全世界超过90％的分子生物学实验室中能够找到的普遍技术。
利用PCR过程扩增DNA(脱氧核糖核酸)涉及使专门配置的液体反应混合物循环经历若干不同温度的孵育期。此反应混合物包括几个组分，包括要被扩增的DNA和至少两个引物，该至少两个引物足以补充样本DNA以能够产生正被扩增的DNA的延伸产品。PCR的关键是热循环的概念：使DNA变性、使短引物退火到所得的单链并且延伸这些引物以制造双链DNA的新副本的交替步骤。在热循环中，PCR反应混合物重复地从约95℃的用于使DNA变性的高温循环到约50℃到70℃的用于引物退火和延伸的较低温度。
在某些先前的PCR仪器中，样本管被***到金属框上的样本阱中。为了执行RCR过程，根据PCR协议中由用户指定的规定的温度和时间来循环金属框的温度。此循环由计算机和相关联的电子器件进行控制。当金属框改变温度时，各个管中的样本经历类似的温度变化。然而，在这些先前的仪器中，整体尺寸或覆盖面积(footprint)经常较大并因此占据了试验台上的大量空间。在很多实验室中，经常很难找到开放的工作台空间。在一些先前的仪器中，相对大的覆盖面积的原因可归因于循环样本以执行PCR过程所需的各种部件和组件的尺寸。
对仪器的整体尺寸作出贡献的部件是用于对金属框和样本的基本提供热控制的印刷电路板(PCB)。在一些先前的仪器中，包括两个印刷电路板。有时被称为接口板的两个PCB中的一个被定位在热电设备的周界的周围并且可被用于将电连接提供至热电设备、热传感器和其它必要的电子器件。另一PCB，有时被称为放大器板，可被用于以依赖于金属框的期望的或设定点温度以及由热传感器所检测到的金属框或样本的温度的受控的方式将电流提供至热电设备。热电设备利用珀尔帖效应(Peltiereffect)来将热量从设备的一边泵送至另一边。在操作中，热电设备被提供有DC电流。电流流过TEC并且导致一个表面变热而相对的表面变冷。通过反转电流的方向，是热的的表面变冷并且是冷的的表面变热。
经常地，热电设备在潮湿的环境中不能良好地执行。湿气有助于设备内电连接的腐蚀。腐蚀增加了连接的电阻并且最终导致设备的过早故障和仪器的低可靠性。
在一些先前的仪器中，热电设备的数量和每一热电设备的尺寸可以是较大的。在一些先前的仪器中，热电设备的数量可以是1、2、4、6、8或适用于此应用的任何其它数量。因此，提供必要的电连接的接口板可以是坚固的。此外，PCB可被置于TEC的周界的周围，进一步贡献于仪器的整体尺寸。
在一些先前的仪器中，热电设备需要大量的电流以向热电设备供电。取决于仪器，所需的电流可大于10安培。提供此大小的电流经常需要使用大的电部件(例如电感器)以提供必需的电流。电部件的尺寸影响放大器板的尺寸且进一步影响仪器的尺寸。
因此，提供具有小的覆盖面积的小的、可扩展的、可靠的以及负担得起的高性能仪器对于世界各地的科学家来说变得令人期望。
实用新型内容
公开了用于提供可扩展的热循环仪并隔离热电设备的装置和***。
在一个方面，公开了包括样本框和热电设备的热循环仪***。在各种实施例中，样本框具有配置成接收多个反应容器的第一表面和相对的第二表面。在各种实施例中，热电设备被可操作地耦合至样本框的第二表面。在各种实施例中，提供了热控制单元。在各种实施例中，热控制单元包括计算机处理单元。在各种实施例中，热控制单元包括电流源。在各种实施例中，热控制单元还包括配置成通过电缆将热电设备与电流源连接的电接口部分。在各种实施例中，热控制单元在与样本框和热电冷却器不同的平面上取向。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪***中，热控制单元进一步包括热传感器。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪***中，样本框包括金属。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪***中，第一表面包括用于接收样本支撑设备的凹陷。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪***中，电流供应是可调节的。
在另一方面，公开了包括样本框和两个或多个热模块的热循环仪***。在各种实施例中，样本框具有配置成接收多个反应容器的第一表面和相对的第二表面。在各种实施例中，每一热模块包括热电设备。在各种实施例中，热电设备被可操作地耦合至样本框的第二表面。在各种实施例中，每一热模块包括计算机处理单元。在各种实施例中，热控制单元包括电流源。在各种实施例中，热控制单元还包括配置成通过电缆将热电设备连接至电流源的电接口。在各种实施例中，热控制单元在与样本框和热电冷却器不同的平面上取向。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪***中，每一热模块进一步包括热传感器。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪***中，样本框包括金属。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪***中，第一表面包括用于接收样本支撑设备的凹陷。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪***中，第一表面是平面的。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪***中，电流供应是可调节的。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪***中，每一热模块进一步包括热传感器。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪***中，每一热模块提供对与热电设备进行热接触的样本框的区域的独立的热控制。
在另一方面，公开了包括样本框、热电设备、滴盘、散热片和在散热片中限定的开口的热循环仪装置。在各种实施例中，样本框具有被配置用于接收样本支撑设备的第一表面和相对的第二表面。在各种实施例中，热电设备被定位成与样本框的第二表面进行热接触。在各种实施例中，滴盘围绕样本框的周界。在各种实施例中，散热片被定位成与热电设备进行热接触。在各种实施例中，散热片和滴盘被气密地密封的。在各种实施例中，一***物位于在散热片中所限定的开口中。在各种实施例中，此***物气密地密封住从热电设备引出的电连接。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪装置中，***物包括硅酮橡胶。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪装置中，***物包括粘合剂。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪装置中，滴盘包括热绝缘材料。
在另一方面，公开了包括样本框、热电设备、滴盘、散热片、在散热片中限定的开口、第一密封和第二密封的热循环设备。在各种实施例中，样本框具有配置成接收样本支撑设备的第一表面和相对的第二表面。在各种实施例中，热电设备被定位成与样本框的第二表面进行热接触。在各种实施例中，滴盘围绕样本框的周界并且具有顶部表面和底部表面。在各种实施例中，散热片被定位成与热电设备进行热接触。在各种实施例中，散热片进一步包括具有第一表面、第二表面和第二表面的多个散热翅片垂饰的底。在各种实施例中，第一密封限定了热电设备的周界。在各种实施例中，第一密封进一步隔离散热片的第一表面并且被配置成给滴盘的底部表面提供一气密的密封。在各种实施例中，第二密封隔离样本框的第一表面的周界。在各种实施例中，第二密封进一步被配置成给滴盘的底部表面提供一气密的密封。
在另一方面，热循环装置包括样本框、热电设备、滴盘、散热片、第一密封、第二密封、第三密封和第四密封。在各种实施例中，样本框具有第一表面和第二表面。在各种实施例中，第二表面被配置用于接收样本支撑设备。在各种实施例中，热电设备被定位成与样本框的第二表面进行热接触。在各种实施例中，滴盘围绕样本框的周界并且具有顶部表面和底部表面。在各种实施例中，散热片被定位成与热电设备进行热接触并且包括具有第一表面、第二表面、第二表面的多个散热翅片垂饰和散热片中的开口的底。在各种实施例中，第一密封限定了热电设备的周界。在各种实施例中，第一密封进一步隔离散热片的第一表面并且被配置成给滴盘的按钮表面提供一气密的密封。在各种实施例中，第二密封隔离样本框的第一表面的周界。在各种实施例中，第二密封被配置成给滴盘的底部表面提供一气密的密封。在各种实施例中，第三密封位于散热片的限定的开口中。在各种实施例中，第三密封被配置成气密地密封从热电设备引出的电连接。在各种实施例中，第四密封位于附连至热电设备的一个或多个电引线的末端处。
在另一方面，热循环设备包括样本框、热电设备、滴盘、散热片和多个密封构件。在各种实施例中，样本框具有第一表面和第二表面。在各种实施例中，第一表面被配置用于接收样本支撑设备。在各种实施例中，热电设备被定位成与样本框的第二表面进行热接触。在各种实施例中，滴盘围绕样本框的周界。在各种实施例中，滴盘具有顶部表面和底部表面。在各种实施例中，散热片被定位成与热电设备进行热接触并且包括具有第一表面、第二表面、第二表面的多个散热翅片垂饰和在散热片中所限定的开口的底。在各种实施例中，此多个密封构件被配置成气密地密封在样本框和散热片之间的热电设备。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪设备中，还包括：第一密封构件，限定热电设备的周界、隔离散热片的第一表面并被配置成给滴盘的底部表面提供一气密的密封；第二密封构件，隔离样本框的第一表面的周界并被配置成给滴盘的底部表面提供一气密的密封；第三密封构件，位于散热片的所限定的开口中并被配置成气密地密封从热电设备引出的电连接；以及第四密封构件，位于附连至热电设备的一个或多个电引线的末端处。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪设备中，滴盘包括热绝缘材料。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪设备中，样本框包括金属。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪设备中，第一表面包括用于接收样本支撑设备的凹陷。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪设备中，第一表面是平面的。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪设备中，第三密封构件包括硅酮橡胶。
在一个实施例中，在如上所述的热循环仪设备中，第三密封构件包括粘合剂。
本文提供了这些及其它特征。
附图说明
为了更完整地理解本文公开的原理及其优点，现在结合附图参考以下描述，在附图中：
图1是示出了根据现有技术的样本框组件的框图。
图2是示出了根据现有技术的用于控制样本框组件的温度的多通道功率放大器***布局的框图。
图3是示出了根据各实施例的用于控制样本框组件的温度的功率放大器***布局的框图。
图4是示出了根据各实施例的用于控制样本框组件的温度的多模块功率放大器***布局的框图。
图5是示出了根据现有技术的密封技术的框图。
图6A-6C是示出了根据各实施例的密封技术的框图。
图7是示出了根据各种实施例的多个热控制单元如何可被利用来控制多个热电设备的示例性的过程流程图。
具体实施方式
本说明书中描述了用于提供可扩展的热循环仪并隔离热电设备的装置、***和方法的实施例。本文使用的小节标题仅用于组织目的，而不应被解释为以任何方式限制所描述的主题。
将详细参考本公开的各方面，其示例在各附图中示出。只要可能，相同的参考标号将贯穿附图使用来指代相同或类似部件。
在各实施例的此详细描述中，出于解释目的，阐述了许多具体细节以提供对所公开的实施例的完全理解。然而，本领域的技术人员将领会，这些各种实施例可在有或没有这些具体细节的情况下实现。在其他情况下，以框图形式示出了各结构和设备。而且，本领域的技术人员容易领会，方法被呈现和执行的具体顺序是解说性的，并且构想其顺序可以改变并且仍在本文公开的各实施例的精神和范围内。
除非另外定义，这里使用的所有技术和科学术语的意思与本文描述的各实施例所属领域的普通技术人员所公知的一样。当各术语在所并入的援引中的定义看上去与本教导所提供的定义不同时，应当以本教导所提供的定义为准。
应当理解，在本教导中讨论的温度、浓度、时间等之前有暗示的“大约”，使得细微且不显著的偏差在本教导的范围内。在本申请中，单数的使用包括复数，除非另外具体说明。而且，包括(“comprise/comprises/comprising)”、“包含(contain/contains/containing)”、“包括(include/includes/including)”的使用不旨在限制。可以理解，前述一般描述和以下详细描述均仅是示例性和说明性的，且不限制本教导。
尽管本教导是结合各实施例描述的，然而本教导不旨在限于这些实施例。相反，本教导涵盖各种替换、修改和等价物，如本领域技术人员将理解的。
此外，在描述各实施例时，本说明书可能已将方法和/或过程作为特定步骤序列来呈现。然而，就该方法或过程不依靠此处所阐述的步骤的特性次序而言，该方法或过程不应被限于所述特定步骤序列。如本领域的普通技术人员可以理解的，其他步骤序列是可能的。因此，本说明书中所阐述的步骤的特定次序应被解释为对权利要求的限制。另外，涉及该方法和/或过程的权利要求不应限于以所述次序执行该方法或过程的步骤，并且本领域的技术人员可以容易地理解，序列可以变化并且仍然保持在各实施例的精神和范围内。
通常，在将仪器提供至生物实验室的情况中，仪器的较小的物理尺寸出于至少下列原因是有利的。首先，在较小的实验室中，归因于有限的可用工作空间，较小的仪器可更容易地进行集成。其次，仪器的较小的物理尺寸可使得科学家能够获得多个仪器，而先前，此工作空间仅可容纳一个仪器。
在图1中示出了与现有技术相一致的仪器体系结构。仪器100包括热框110、接口板120、放大器130和主控制器板140。热框110可由表现出良好的热性能的材料制成。位于热框下面并且热耦合至热框的可以是热电设备(未示出)。热电设备是利用珀尔帖效应以响应于被施加至附连于设备的电引线的电流或电压而将热量从一边泵送至另一边的固态设备。热电设备可被用于加热和冷却样本框而同时占据相对小的空间。
热电设备可利用例如焊料被电连接至接口板120。接口板120可将各种附加功能级别提供至仪器。接口板120还可包括，例如，用于热传感器、模数转换器、数模转换器、存储设备的连接以及有助于不透气地密封热电设备的解决方案。
此外，接口板可被连接至放大器板130和主控制器板140。放大器板130通过执行计算机可读指令和算法确定利用热电设备加热和冷却样本框所需的电压或电流。放大器板还可被连接至主控制器板140。至主控制器板140的连接可向主控制器提供热传感器读取、来自模数转换器的数字数据、存储数据并将数模转换器提供至主控制器。所列出的所有功能可被主控制器利用以控制至热电设备的电流或电压，从而使得样本框和生物样本的精确温度控制成为可能。主控制器板140还可提供各种通信接口。这些接口的示例为RS232、RS422、RS485、CAN、以太网、蓝牙、IEE-488、无线、USB和火线(Firewire)。主控制器板140可进一步为用户界面(诸如eGUI)、触摸屏、打印机、鼠标、和键盘以及数据存储设备提供连接。
在图2中描绘了图1的现有技术的变形。图2同样表示现有技术。仪器200包括热框210、接口板220、放大器板230和主处理器板240。在此情况中，热框210被分成彼此热隔绝的3个大小相等的分段。每一分段与直接在其下面的专用的热电设备(未示出)相关联。每一热电设备由位于放大器板230上的三个独立的放大器信道230a-230c中的一个进行控制。此体系结构使得能够独立控制每一热电设备。尽管仪器200向用户提供了更大的灵活性，然而两个额外的放大器信道和两个额外的框分段的添加可增加接口板220和放大器板230的尺寸以及仪器的整体复杂性。较大的PCB尺寸还可促成在物理上较大的仪器，该较大的仪器对于某些实验室容纳它可能是困难的。
在图3中所示的第一实施例是对在图1和图2中所描绘的现有技术体系结构的明显的改进。仪器300包括热框310、热控制单元320和主控制器350。热框310可具有被配置用于接收样本支撑设备的第一表面。在一些实施例中，热框可以是导热金属。在一些实施例中，此金属可以是，但不限于，铝、铜、银或金。在一些实施例中，样本框可以是陶瓷，诸如，碳化硅。样本支撑设备可以是本领域中已知的任何样本支撑设备，诸如微量滴定板、各个管、管坯、杯子、金属的或塑料的载玻片或与生物分析相兼容的任何其它的支撑设备。每一样本支撑设备可包含支撑大量样本的任意数量的位置。样本位置的数量可以从1个样本位置到数以千计的样本位置。例如，样本支撑设备可容纳生物分析所需的1、4、8、12、16、24、32、48、96、384、1536、2048、3072或任何其它数量的样本。每一样本位置可以是圆形的或矩形的。每一样本位置可进一步包含平底、凹底、锥形底或无底。每一样本位置的大小可进一步被设计成包含各种样本体积。样本体积可以从例如5皮升直到100微升，但不限于此范围。每一样本支撑设备可进一步具有不同的几何形状，诸如矩形或圆形，但不限于这些几何形状。
热框310可进一步具有与第一表面相对的第二表面。第二表面可热耦合至一个或多个热电设备(未示出)。每一热电设备可包括一个或多个电引线。热耦合可包括界面材料。界面材料在本领域中是众所周知的并且可以是，例如，热油脂、石墨片或石墨膏、相变涂层箔、注入有铝或二氧化硅或任意数量的可用的热粘合剂的衬垫。界面材料可进一步在样本框和热电设备之间提供顺应性以确保在热框和热电设备之间的均匀的热接触。
热框310还可热耦合至一个或多个热传感器(未示出)。热传感器在本领域是众所周知的，并且可采用各种形状和尺寸。热传感器可以是，例如，电阻温度设备(RTD)、热敏电阻、热电偶、红外检测器或硅带隙设备。热传感器可被耦合至样本框的表面或被嵌入到样本框内。热传感器可通过热粘合剂、机械夹具或弹簧、热油脂或本领域已知的其它任何热界面进行耦合。
热控制单元320可包括电源供应部分330和接口部分340。将电源供应部分330和接口部分340组合进热控制单元330中消除了如由现有技术所实践的两个PCB的需要。电源供应部分330可主要是电压源或电流源。电源供应部分可进一步是可调节的以将各种量的电压或电流提供至热电设备。电源供应部分可进一步通过电控制界面332连接至热电设备的一个或多个电引线。
热控制单元320可进一步包括接口部分340.接口部分340可提供各种功能。此各种功能可包括关于图1的接口板120的先前描述的功能。在一些实施例中，此接口可提供，例如，永久存储、易失性存储、模数数据转换、数模数据转换和通信。在一些实施例中，热控制单元320可包括处理器360。在一些实施例中，接口部分340可包括此处理器。在一些实施例中，电源供应部分330可包括此处理器。在一些实施例中，接口部分340和电源供应部分330可各自包括处理器。
处理器360可提供对样本框的热控制。在一些实施例中，接口340可通过传感器界面342连接至被耦合至热框的一个或多个热传感器(未示出)以使得闭环热控制成为可能。在一些实施例中，此闭环热控制可包括比例、积分和微分元件(PID)。在一些实施例中，此闭环热控制可仅包括比例、积分和微分元件中的一个或两个。
热控制单元320上的处理器360可进一步将通信能力提供给仪器300。在一些实施例中，通信可以是在接口部分340和电源供应部分330之间。在一些实施例中，通信可以是在接口部分340和主控制器350之间。在一些实施例中，通信可以是在接口部分340和热传感器(未示出)之间。在其它实施例中，通信可以是在接口部分340、主控制器350、电源供应部分330和热传感器之间。在一些实施例中，通信可以是单向的。在一些实施例中，通信可以是双向的。在一些实施例中，通信可以是单向和双向的组合。在一些实施例中，通信可包括标准协议。标准协议可以是，例如，RS232、RS422、IEEE488、CAN、以太网、蓝牙、火线或本领域已知的任何其它协议。
进一步参见图3，仪器300还可包括主控制器350。主控制器350还可包括处理器(未示出)。主控制器350的处理器可以是单独的并且是除了在热控制单元320上所包括的处理器之外的。主控制器350的处理器可提供与热控制单元320的处理器分离并且兼容的仪器功能。在一些实施例中，主控制器350的处理器可被连接至热控制单元320的处理器并且与热控制单元320的处理器进行通信。在一些实施例中，通信可以是单向的。在一些实施例中，通信可以是双向的。在一些实施例中，通信可以是单向和双向的组合。在一些实施例中，通信可包括标准协议。标准协议可以是，例如，RS232、RS422、IEEE488、CAN、以太网、USB、蓝牙、火线或本领域已知的任何其它协议。
在最简单的实施例中，主控制器350可包括至在仪器300的外部的环境的界面。在一个实施例中，主控制器350提供与用户的交互。用户可通过输入设备将信息输入仪器300中。输入设备的示例包括，但不限于，触摸屏、诸如鼠标的点击设备、外置键盘、一个或多个外部计算机和集成到仪器300中的键区。用户还可从仪器300检索信息。信息可通过输出设备从仪器300检索，输出设备包括但不限于，嵌入式显示器、打印机、跳跃驱动器(jumpdrive)、一个或多个外部计算机、外部硬盘驱动器以及云界面。输入设备可通过各种协议与仪器300进行通信并被连接至仪器300并且可以是单向的或双向的。在一些实施例中，通信可包括标准协议。标准协议可以是，例如，RS232、RS422、IEEE488、CAN、以太网、USB、蓝牙、火线或本领域已知的任何其它协议。
在另一实施例中，主控制器350可与热控制单元320进行通信。与热控制单元320的通信可使得用户能够将控制参数输入至仪器300。用户可使用控制参数来创建仪器的协议。此协议可包括热参数和光学检测参数。控制参数可包括，但不限于，设定点温度、保持时间或停留时间、热缓变率、时间的自动增量/减量、温度的自动增量/减量、培育温度、温度循环的数量、协议的数据收集部分、光学滤波器的数量和光学集成时间。
除了创建如上所描述的协议之外，用户还可从仪器检索信息。信息可通过以上所描述的输出设备中的任何一个来检索。用户可检索信息，诸如，仪器的状态。在一些实施例中，状态可包括仪器的可用性。在另一实施例中，所检索的信息可包括仪器的运行状态。运行状态可包括，但不限于，正运行的协议的名称、当前的温度、正运行的循环数、协议的完成时间以及运行期间的误差。
应当注意，热控制单元320与现有技术的区别在于：热控制单元320且因此接口***340是与热电设备分开的。将热控制单元320定位成远离热点设备可允许热框310和热电设备占据比现有技术小的几何结构。将热控制单元320与热电设备分开还可使得可扩展性机会成为可能。在一些实施例中，热框310可以多个框分段进行配置。每一框分段可包括一热电设备和一热传感器。因此，仪器可由多于一个框分段构成，其中每一框分段与一专用的热控制单元相关联。在图4中示出了这样的仪器。
仪器400包括三个框分段410a-410c。每一框分段可包括任意数量的样本位置。每一样本位置可能够包含一样本体积。类似于图3的仪器300，框分段410a-410c中的每一个还可被热耦合至温度传感器和热电设备。仪器400还可包括热控制单元420a-420c。类似于图3的热控制单元320，每一热控制单元420a-420c还可包括处理器(未示出)、接口部分(未示出)以及电源供应部分(未示出)。每一热控制单元420a-420c可与单个框分段相关联。一个框分段至一个热控制单元的关联可允许独立于另一个的每一框分段的热控制。各框分段的独立控制可向用户提供增强的灵活性。此灵活性可包括利用相同的协议运行所有的框分段以及能够在每一分段运行不同的协议。仪器400进一步包括主控制器450。此增强的灵活性还可通过将热控制单元420a-420c定位成远离热电设备来实现。此增强的灵活性还可通过将热控制单元420a-420c定位在与热电设备不同的平面来实现。当将附加的框分段添加至仪器时可进一步实现此增强的灵活性。附加的框分段可通过包含附加的热控制单元来实现，从而排除了诸如在图1的现有技术中所呈现的接口板的再设计。主控制器450可包括以上针对图3的主控制器350、图2的主控制器240和图1的主控制器140所呈现的功能中的任何一个或所有的。本领域技术人员将意识到三个框分段和三个热控制单元的描绘不是限制性的且可包括任意数量的分段。
将一个框分段与一个热控制单元相关联的附加的优势是仪器可被模块化。例如，通过添加附加的框分段和其相应的热控制单元，耦合至热控制单元的能够包含16个样本的框分段可以是仪器族的基础。例如，通过利用具有一热控制单元的16个样本的常见体系结构可降低成本并允许容易的粗化(upscaling)和精简(downsizing)以满足顾客需要。
在一些实施例中，图4的框分段410a-410c可邻近于彼此从而使得标准的微量滴定板可被适应成横跨所有的分段。如先前所呈现的，标准的微量滴定板在本领域是已知的并且可包括，例如，24个阱(well)、48个阱、96个阱和384个阱。在另一实施例中，框分段410a-410c可与彼此分开以防止标准微量滴定板的使用被适应成横跨所有的分段。在这样的实施例中，每一框分段可被认为是热独立的。
将图3的热控制单元320和图4的热控制单元420a-420c定位成远离热电设备还可对使热电设备与环境条件隔离提出了挑战。本领域已知的是热电设备对于湿气敏感。此湿气可以是，例如，来自水蒸气。具有高湿度的环境条件可提供水蒸气。暴露于湿气可导致热电设备的劣化，导致过早故障。
图5是现有技术的仪器的框图。图5描绘了用于将热电设备从环境湿气中密封起来的技术。仪器500包括位于样本框510和散热片530之间的热电设备520a和520b。散热片530可提供用于从热框移除额外的热量，尤其是在热框的冷却期间的热路径。散热片530可利用如先前所描述的导热的、顺应层(未示出)热耦合至热电设备520a和520b。热电设备还可利用类似的技术被热耦合至热框310。
仪器500进一步包括接口板550。接口板550可提供在热电设备520a和520b以及电源之间必需的电连接。电源在现有技术中被认为是放大器并且在图1中被示为参考130。仪器500进一步包括滴盘540。滴盘540可被置于热框510的周界的周围。滴盘540可由热绝缘材料构成以使热框510与可能处在比热框510的温度低的温度下的部件隔离。此较低的温度可以是环境温度。热隔离对于防止来自热框510的热量被导出热框510可以是有利的，这可导致热框510的边缘比热框510的中间区域要冷。滴盘540还可容纳紧固件(未示出)以帮助将热电设备520a和520b从周围环境中密封起来，如下面将要讨论的那样。
隔离热电设备520a和520b使其免于暴露于湿气可以是利用气密的密封来完成的。在图5中所图示的气密的密封可利用部件560、570和580来完成。如在图5中所示，湿气可通过在热框510和滴盘540之间、在滴盘540和接口板550以及在接口板550和散热片530之间的间隙来与热电设备520a和520b接触。
在现有技术中，密封元件560可以是位于接口板550的上表面上的基于背胶泡沫的材料。密封元件560可以是染料削减元件。密封元件560可进一步以一般的矩形形状进行成形并且限定热电设备520a和520b的周界。密封元件560可进一步提供顺应性以补偿滴盘540的底部表面和接口板550的顶部表面中的不平整。密封元件560可用于防止湿气通过滴盘540和接口板550之间的间隙而到达热电冷却器520a和520b。
在现有技术中，密封元件570可类似于密封元件560进行构造并且与密封元件560相对地位于接口板550的底部表面上。密封元件570可进一步提供顺应性以补偿接口板550的底部表面和散热片530的顶部表面中的不平整。密封元件570可用于防止湿气通过接口板550和散热片530之间的间隙而到达热电冷却器520a和520b。
在现有技术中，密封元件580可被并入以防止热电设备520a和520b通过滴盘540和热框510之间的间隙而被暴露于湿气。在现有技术中，密封元件580可用作两个功能。一个功能可以是防止湿气来与热电设备520a和520b进行接触。第二个功能可以是防止来自热框510的热量传导离开热框510并到达滴盘540。由于此附加的功能，在现有技术中的密封元件580是由与密封元件560和570不同的材料构成的。在现有技术中，密封元件可以由诸如硅酮橡胶之类的材料构成。
尽管未在图5中示出，然而现有技术的仪器可包括在滴盘540和热框510上的补充的特征，密封元件580可位于滴盘540和热框510之间。同样在现有技术中呈现而未在图5中示出的是紧固件，这些紧固件可将滴盘540固定至散热片530从而压缩密封元件560、570和580以将热电设备520a和520b从湿气中密封起来。
现在参见图3和图3的先前的讨论，现有技术的接口板的功能已从热框310和其相关联的热电设备移开。这样，将热电设备从环境湿气中气密地密封起来不能如现有技术中所讨论的那样进行完成。
图6A和6B是用于气密地密封仪器600中的热电设备的改进的技术的框图。仪器600可包括散热片630、热框610和滴盘640。滴盘640可被配置成围绕热框610的上周界。滴盘640可进一步被配置成容纳紧固件以将滴盘640固定至散热片630。热电设备620位于热框610和散热片630之间。如先前所讨论的，本领域公知的是，热电设备受暴露至湿气的负面影响。湿气可引起热电设备的腐蚀，导致具有增加的电阻的各区域。此增加的电阻连同流过此设备的电流一起可引起设备上的热点，其最终可引起物理故障。因此，最小化热电设备与湿气的接触，尤其是在操作期间是重要的。
如在图6A和图6B中所示，热电设备620位于由热框610、散热片630和滴盘640界定的空间内。因此，此空间与环境条件隔离是重要的。如在图6B中所示，热电设备620可包括一个或多个电引线650。电引线650可以是在热电设备620和热控制单元(未示出)之间的电导管。代表性的热控制单元在图3中示为参考320。
因此，为了隔离热电设备620，注意图6A和图6B的三个区域。首先一空气间隙可存在于滴盘640和热框610的上周界之间。其次一空气间隙可存在于滴盘640和散热片630之间。最后，将电引线650连接至热控制单元可导致在电引线650周围的间隙。
参见图6A，在散热片630的上表面和滴盘640的底部表面之间可看见第一间隙。期望提供第一密封670以关闭第一间隙。在仪器的操作期间，热框610可遭受相对于环境的温度中的频繁变化。相反，散热片630和滴盘640已知展示出较好的热稳定性并维持更接近于环境的温度。进一步，散热片630的上表面和滴盘640的底部表面已知是距热框610一定距离的以便对热框610的温度不具有负面影响。适用于填充散热片630和滴盘640之间的空气间隙的材料应具有不仅是顺应性的还应是气密的这些性质。在一个实施例中，基于泡沫的垫片材料可适合作为第二密封以气密地密封在散热片630的上表面和滴盘640的下表面之间的第二间隙。为了方便起见，还可期望基于泡沫的垫片材料在一个或两个边上为粘合剂支持的。注意到在此实施例中基于背胶泡沫的垫片的建议不应被认为是限制性的。本领域技术人员将理解展示出期望的性质的任何材料将是适当的材料。
再次参见图6A，在热框610的上周界和滴盘640的底部表面之间可看见第二间隙。期望提供第二密封680以关闭第二间隙。在仪器的操作期间，热框610可遭受温度中的频繁变化。热框610响应于温度变化可扩展和收缩。热框610的扩展和收缩可引起将滴盘640稳固地固定至热框610中的困难。进一步，滴盘640在环境条件下可以是热稳定的并且引起热框610和滴盘640之间的温度梯度。此区域中的温度梯度可导致热框的边缘变得比热框的中心要冷，因为热量从热框610传导至滴盘640。适用于填充热框610和滴盘640之间的空气间隙的材料应具有不仅是顺应性的和气密的还应是热阻性的这些性质。在一个实施例中，诸如硅酮橡胶之类的聚合物可被用作第二密封680以气密地密封在热框610的上周界和滴盘640的下表面之间的第二间隙。然而，注意到在此实施例中硅酮橡胶作为第二密封680的建议不应被认为是限制性的。本领域技术人员将理解展示出期望的性质的任何材料将是适当的材料。
如先前所描述的，仪器600与图3中所示的仪器300具有类似处，并且与图1的现有技术的区别在于：现有技术的接口板功能定位成远离热框和相关联的热电设备。图6中接口板的不存在对于确保在热电设备620的电引线650和热控制单元之间的连接的周围的气密的密封提出了挑战。本领域公知的是，散热片是仪器的一个部件，诸如在图6A和图6B中所示。然而，本领域技术人员可注意到在图6B中所描绘的散热片630在现有技术中可不是可辨认的几何结构。具体地，图6B的区域632可将散热片630与现有技术区别开来。
图6B的区域632包括腔634以及限定的开口636。可包括腔634以提供用于电引线650被***限定的开口636中的空间。如在区域632中所示，限定的开口636可显著大于电引线650的尺寸。这样，第三密封690可位于限定的开口636中以填充未被热引线650占据的限定的开口636的那部分。可构造第三密封690从而使得第三密封690稍大于限定的开口636。适用于填充限定的开口636的材料可具有顺应性的性质从而相对于限定的开口636的内表面提供一气密性配合。在一些实施例中，第三密封690可由硅酮橡胶制成。在另一实施例中，第三密封690可由顺应性的粘合剂制成。然而，注意到在此实施例中硅酮橡胶和粘合剂作为第三密封690的合适的材料的建议不应被认为是限制性的。本领域技术人员将理解展示出期望的性质的任何材料将是适当的材料。
第三密封690包括通道692a-692d。第三密封690的通道692a-692d可容纳电引线650以及热传感器引线(未示出)。在一个实施例中，通道692a-692d可具有尺寸化成稍小于电引线650的外直径和热传感器引线(未示出)的外直径的内直径。这样的尺寸化可提供一过盈配合，该过盈配合可在电引线650和热传感器引线(未示出)的周围提供气密的密封。在另一实施例中，通道692a-692d可具有稍大于电引线650的外直径和热传感器引线(未示出)的外直径的内直径。虽然这样的尺寸化可易于***电引线650和热传感器引线(未示出)，但空气间隙可在电引线的周围产生。由通道692a-692d的稍大的外直径所造成的空气间隙可利用适用于在电引线650和热传感器引线(未示出)周围提供气密的配合的材料进行填充。在一些实施例中，在电引线650和热传感器引线(未示出)周围的空气间隙可利用顺应性的粘合剂进行填充。在另一实施例中，在电引线650和热传感器引线(未示出)之间的空气间隙可利用热油脂进行填充。注意到在这些实施例中顺应性的粘合剂和热油脂作为合适的材料来填充电引线650和热传感器引线周围的空气间隙的建议不应被认为是限制性的。本领域技术人员将理解展示出期望的性质的任何材料将是适当的材料。
第四空气间隙还可存在。每一热电设备620可包括如先前所描述的一个或多个电引线650。电引线650在本领域是公知的并且可包括电线。电线可包括由一层绝缘所包围的一个或多个电导体。此绝缘可包括具有提供电绝缘的性质的任何材料。电绝缘材料在本领域中是公知的并且可包括，但不限于，塑料、橡胶、聚四氟乙烯以及聚丙烯。包围一个或多个电导体的绝缘用作使此一个或多个电导体与紧密邻近于电引线的其它电导体隔离的目的。然而，此绝缘不提供从导体的一端到另一端的气密的通道。因此，在此绝缘和一个或多个电导体之间可存在空气间隙。此空气间隙可通过第四密封660进行密封。第四密封660可以是可被应用至附连至热电设备的此一个或多个电引线的末端的任何材料。诸如室温硫化硅酮(RTV硅酮)之类的材料可以是可在此一个或多个电导体中的每一个和此绝缘之间被容易地应用和分布从而形成气密的密封的合适的材料。
图7是示出了根据各种实施例的多个热控制单元如何可被利用来控制多个热电设备的示例性的过程流程图。在步骤702，提供能够分析生物样本的装置。在各种实施例中，此装置可包括一个或多个热框、一个或多个热电设备以及一个或多个热控制单元。在各种实施例中，每一热框可包括第一表面和第二表面。在各种实施例中，第一表面可被配置成接收样本支撑设备。在各种实施例中，热电设备中的每一个可被可操作地耦合至热框的第二表面。在各种实施例中，热控制单元中的每一个可能够控制一个热电设备。在各种实施例中，在步骤703，热控制单元中的每一个可被定位成远离热电设备。
在各种实施例中，在步骤704，热控制单元可通过经由电缆将唯一的热控制单元电连接至热电设备中的一个而被定位成远离热电设备。在各种实施例中，电缆可通过使得每一热控制单元的位置能够在仪器所需要的任何距离处而提供灵活性。在各种实施例中，电缆可通过使得每一热控制单元的位置能够相对于热电设备处于任何取向而提供灵活性。在各种实施例中，电缆可通过使得每一热控制单元的位置能够相对于热电设备处于任何取向和任何距离而提供灵活性。
在各种实施例中，在步骤705，热电设备的温度可通过唯一的热控制单元进行控制。在各种实施例中，利用唯一的热控制单元控制热电设备的温度可通过经由热控制单元使得每一热电设备能够对于不同的时间段被控制至不同的温度而提供灵活性，该热控制单元通过电缆进行附连。
尽管出于清晰和理解的目的较详细地描述了前述实施例，然而本领域的技术人员从对本公开的阅读中显然可以看出，可以进行各种形式和细节改变而不背离本文中所公开的各实施例的真实范围。例如，以上所描述的所有的技术、装置、***和方法可以各种组合方式进行利用。

Claims (27)

1.一种热循环仪***，包括：
样本框，具有第一表面和相对的第二表面，其中所述第一表面被配置用于接收多个反应容器；
热电设备，可操作地耦合至所述样本框的第二表面；以及
热控制单元，包括计算机处理单元、电流源以及配置成通过电缆将所述电流源连接至所述热电设备的电接口部分，其中所述热控制单元被定位成远离热电设备。
2.如权利要求1所述的热循环仪***，其特征在于，所述热控制单元进一步包括热传感器。
3.如权利要求1所述的热循环仪***，其特征在于，所述样本框包括金属。
4.如权利要求3所述的热循环仪***，其特征在于，所述第一表面包括用于接收样本支撑设备的凹陷。
5.如权利要求1所述的热循环仪***，其特征在于，电流供应是可调节的。
6.一种热循环仪***，包括：
样本框，具有第一表面和相对的第二表面，其中所述第一表面被配置用于接收多个反应容器；以及
两个或多个热模块，每一热模块包括：
热电设备，可操作地耦合至所述样本框的第二表面；以及
热控制单元，包括计算机处理单元、电流源以及配置成通过电缆将所述电流源连接至所述热电设备的电接口部分，其中所述热控制单元被定位成远离热电设备。
7.如权利要求6所述的热循环仪***，其特征在于，每一热模块进一步包括热传感器。
8.如权利要求6所述的热循环仪***，其特征在于，所述样本框包括金属。
9.如权利要求8所述的热循环仪***，其特征在于，所述第一表面包括用于接收样本支撑设备的凹陷。
10.如权利要求8所述的热循环仪***，其特征在于，所述第一表面是平面的。
11.如权利要求6所述的热循环仪***，其特征在于，电流供应是可调节的。
12.如权利要求6所述的热循环仪***，其特征在于，每一热模块进一步包括热传感器。
13.如权利要求6所述的热循环仪***，其特征在于，每一热模块提供对与所述热电设备进行热接触的样本框的区域的独立的热控制。
14.一种热循环仪装置，包括：
样本框，具有第一表面和第二表面，其中所述第一表面被配置用于接收样本支撑设备；
热电设备，被定位成与所述样本框的第二表面进行热接触；
滴盘，围绕所述样本框的周界；
散热片，被定位成与所述热电设备进行热接触，其中所述散热片和所述滴盘被气密地密封；以及
在所述散热片中限定的开口，具有气密地密封从所述热电设备引出的电连接的***物。
15.如权利要求14所述的热循环仪装置，其特征在于，所述***物包括硅酮橡胶。
16.如权利要求14所述的热循环仪装置，其特征在于，所述***物包括粘合剂。
17.如权利要求14所述的热循环仪装置，其特征在于，所述滴盘包括热绝缘材料。
18.一种热循环设备，包括：
样本框，具有第一表面和第二表面，其中所述第一表面被配置用于接收样本支撑设备；
热电设备，被定位成与所述样本框的第二表面进行热接触；
滴盘，围绕所述样本框的周界，所述滴盘具有顶部表面和底部表面；
散热片，被定位成与所述热电设备进行热接触并且包括具有第一表面、第二表面和第二表面的多个散热翅片垂饰的底；
第一密封，隔离所述散热片的第一表面并被配置成给所述滴盘的底部表面提供一气密的密封；以及
第二密封，隔离所述样本框的第一表面并被配置成给所述滴盘的底部表面提供一气密的密封。
19.一种热循环装置，包括：
样本框，具有第一表面和第二表面，其中所述第一表面被配置用于接收样本支撑设备；
热电设备，被定位成与所述样本框的第二表面进行热接触；
滴盘，围绕所述样本框的周界，所述滴盘具有顶部表面和底部表面；
散热片，被定位成与所述热电设备进行热接触并且包括具有第一表面、第二表面、第二表面的多个散热翅片垂饰和在所述散热片中限定的开口的底；
第一密封，限定所述热电设备的周界、隔离所述散热片的第一表面并被配置成给所述滴盘的底部表面提供一气密的密封；
第二密封，隔离所述样本框的第一表面的周界并被配置成给所述滴盘的底部表面提供一气密的密封；
第三密封，位于所述散热片的所限定的开口中并被配置成气密地密封从所述热电设备引出的电连接；以及
第四密封，位于附连至所述热电设备的一个或多个电引线的末端处。
20.一种热循环仪设备，包括：
样本框，具有第一表面和第二表面，其中所述第一表面被配置用于接收样本支撑设备；
热电设备，被定位成与所述样本框的第二表面进行热接触；
滴盘，围绕所述样本框的周界，所述滴盘具有顶部表面和底部表面；
散热片，被定位成与所述热电设备进行热接触并且包括具有第一表面、第二表面、第二表面的多个散热翅片垂饰和在所述散热片中限定的开口的底；以及
多个密封构件，配置成气密地密封在所述样本框和所述散热片之间的所述热电设备。
21.如权利要求20所述的热循环仪设备，其特征在于，包括：第一密封构件，限定所述热电设备的周界、隔离所述散热片的第一表面并被配置成给所述滴盘的底部表面提供一气密的密封；第二密封构件，隔离所述样本框的第一表面的周界并被配置成给所述滴盘的底部表面提供一气密的密封；第三密封构件，位于所述散热片的所限定的开口中并被配置成气密地密封从所述热电设备引出的电连接；以及第四密封构件，位于附连至所述热电设备的一个或多个电引线的末端处。
22.如权利要求20所述的热循环仪设备，其特征在于，所述滴盘包括热绝缘材料。
23.如权利要求20所述的热循环仪设备，其特征在于，所述样本框包括金属。
24.如权利要求23所述的热循环仪设备，其特征在于，所述第一表面包括用于接收所述样本支撑设备的凹陷。
25.如权利要求23所述的热循环仪设备，其特征在于，所述第一表面是平面的。
26.如权利要求21所述的热循环仪设备，其特征在于，所述第三密封构件包括硅酮橡胶。
27.如权利要求21所述的热循环仪设备，其特征在于，所述第三密封构件包括粘合剂。
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