[發明專利]加熱裝置和用于發生化學反應的設備

有效

• 申請號: 201310032026.X
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103962079B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 張魯凝;李明
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: B01J19/12
• 分類號: B01J19/12
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 李慧

技術領域

本發明涉及加熱領域，尤其涉及利用光加熱的領域。

背景技術

目前，激光加工、打標和化學反應等領域廣泛地利用光加熱的技術。激光加工是利用激光束與物質相互作用的特性對材料進行切割、焊接、表面處理、打孔、微加工等的一門技術，其基本原理就是利用激光產生熱量加熱材料然后對材料進行處理。打標是用激光束在各種不同的物質表面燒蝕或者刻蝕永久標記的技術。打標的工作原理為：激光發生器生成高能量的連續激光光束，當激光作用于承印材料時，處于基態的原子躍遷到較高能量狀態；處于較高能量狀態的原子不穩定，會很快回到基態，當原子返回基態時釋放出額外的能量，并這些能量由光能轉換為熱能，使表面的材料瞬間熔融甚至氣化，從而形成圖文標記。多種化學反應（尤其是生物化學反應，例如利用聚合酶鏈反應PCR）對溫度非常敏感?？梢酝ㄟ^調節反應樣品的溫度來控制這些化學反應的過程，包括化學反應的開始、反應速度和結束等。

下面以化學反應領域的光加熱技術為例說明現有技術的狀況。一種現有的技術為直接加熱方式（非接觸式加熱），即光源產生的光線不經過傳熱介質直接照射到待加熱的較大區域上產生熱量。當反應樣品分布在多個加熱位點上時（通常情況下都有多個反應樣品分布在多個加熱位點上），這種現有技術無法實現有選擇地加熱某些加熱位點，即無法實現定點加熱。

另外一種常見的方式現在更常見，為間接加熱方式（接觸式加熱）。公開號為WO98/09728A（公開日為1998年3月12日）的專利文件公開的名稱為熱循環裝置，其紅外線加熱光源的光線照射在傳熱介質——吸熱部件上，反應樣品夾在吸熱部件之間，吸熱部件和反應樣品之間產生熱傳遞。這種方式由于需要先加熱吸熱部件所以無法實現快速地加熱待加熱對象，由于吸熱部件中會存有一部分熱量，所以該裝置也無法實現迅速地停止加熱反應樣品。

另外，公開號為CN102329725CN（公開日為2012年1月25日）的專利文件公開了一種光透射溫度控制裝置，光產生單元通過光纖束將從光源輸出的作為激發光的光從熱電裝裝置塊照射到容納樣品的管子上。光纖束使從光源輸出的光入射到管上。該現有技術利用光纖束傳輸光，失去了非接觸式加熱的優點。

發明內容

基于現有技術中存在的上述問題，本發明的目的是設計一種加熱裝置，該裝置能夠實現定點地加熱多個區域。

本發明的一個實施方式提出一種加熱裝置，其特征在于，該加熱裝置包括：光源，其用于產生包括紅外線的光束，以加熱多個待加熱的區域，和光線引導部件，用于使所述光源產生的光束變成多個光斑，照射到上述多個待加熱的區域，所述光線引導部件包括微機電系統（MEMS）或者二維光柵。

優選，所述光源能夠產生包括紅外線的激光。包括紅外線的激光不僅可用用于調節化學反應的溫度，而且可以用于激光加工和激光打標等領域。優選，所述二維光柵用于使所述光源產生的光束發生透射變成多個光斑，所述二維光柵的面內角可調?；蛘?，所述二維光柵為上下設置的多個二維光柵，用于改變透射光斑的數量?；蛘哌€可以在所述光線引導部件和待加熱區域之間還設有漸變濾色片，該漸變濾色片用于控制照射到待加熱區域的光的強度。

優選，所述微機電系統（MEMS）包括數字微鏡器件或光柵光閥及它們的控制器，所述控制器用于控制數字微鏡器件或光柵光閥，從而調整照射到待加熱區域上的光的方向和強度。

優選，所述數字微鏡器件和光柵光閥上覆有紅外線反射膜，紅外線反射膜可以提高數字微鏡器件和光柵光閥對紅外線的反射率，從而提高能量的利用率。

優選，所述光源為兩個，一個光源能夠產生第一波長的光，另一個光源能夠產生第二波長的光，在兩個光源和光線引導部件之間還設有二向色鏡，所述二向色鏡使所述第一波長的光和所述第二波長的光耦合成一束。通過設置兩個能夠產生不同波長的光線的光源使得待加熱區域內部和鄰近容器壁面的物質受熱均勻。

本發明的另外一個實施方式公開了一種用于發生化學反應的設備，其特征在于該設備包括：上面所述的加熱裝置，和設置在所述加熱裝置一側的基體，所述基體上設有多個容納樣品的區域。

優選，在上述設備中，所述區域中設有多個孔，所述孔的側壁為階梯形結構，用于防止光發生全反射。