[發明專利]一種用于核酸反應的溫度控制裝置和方法

有效

• 申請號: 201810431051.8
• 申請日: 2018-05-08
• 公開（公告）號: CN110456842B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 范東雨;李潔昆;蔡亦梅;高靜;張瑜;代有來;任魯風
• 申請（專利權）人: 北京中科生儀科技有限公司
• 主分類號: G05D23/32
• 分類號: G05D23/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種溫度控制裝置和方法，用于生物分子學尤其是核酸反應領域的研究。裝置包括多級溫度控制單元，其中每級溫度控制單元包括一個加熱或制冷器件，至少一個溫度傳感器，一個或零個金屬導熱器件。每級溫度控制單元之間通過緊密貼合方式進行熱耦合，在最后一級溫度控制單元熱耦合一散熱器件，并在整個裝置的側面包圍一保溫外殼。使得每級溫度控制單元之間能夠高效，快速，均勻地進行熱量傳導，減少整個裝置與外界從側面發生熱交換。其中每級溫度控制單元獨立控制溫度，并由一算法管理協調并分配各級溫度控制單元的溫度和持續時間，使整個裝置的能源利用率達到最大，并大大提高第一級溫度控制單元的溫度變化速率。

技術領域

本發明涉及一種溫度控制裝置和方法，尤其涉及用于核酸反應的溫度控制裝置和方法。

背景技術

在生物分子學研究中，聚合酶鏈式反應（PCR）是一種重要的分析手段和方法。PCR方法是由模版核酸經過雙鏈的變性，引物退火和模版互補延伸3個過程組成，并經循環多次，將被檢測樣品中的目標核酸指數級擴增。

其中溫度是影響核酸擴增過程中較為重要的外部因素。包括溫度準確性和溫度變化速率等。

溫度循環控制系統是PCR類設備的核心技術，目前市場較為流行的技術方案多為采用單極半導體制冷片對PCR反應樣品基座進行加熱和制冷。此種方法相對其他方法如電熱絲加熱，陶瓷片加熱，空氣加熱等具有一定的容易控制的特點，可以滿足大多數情況的PCR檢測的要求。但仍存在溫度變化速度慢，且能效利用率低的特點。

本發明針對單極半導體制冷片溫控系統在溫度變化時的速率慢和效率低的問題，提出一種新的裝置和方法，多級加熱或制冷器件相互協調配合溫度控制以達到較快的溫度變化速率和較高的能效利用率，以適應快速精準的PCR實時定量檢測場合。

發明內容

針對大多溫度控制裝置溫度變化速率慢，且能源利用率低的等特點，本發明提出一種用于PCR反應溫度控制裝置和控制方法，加快溫度變化速率提高核酸擴增的準確性并提高整體能效的利用率。

為實現上述目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

一種溫度控制裝置，包括N個加熱或制冷器件，N個測溫器件，M個導熱器件，保溫外殼，散熱器件，其中N≥2，0≤M≤N，N個測溫器件分別熱耦合在N個加熱或制冷器件或M個導熱器件中，M個導熱器件分別熱耦合在N個加熱或制冷器件之間或某個加熱或制冷器件的一個表面，散熱器件熱耦合在某個加熱或制冷器件的一個表面，保溫外殼位于N個加熱或制冷器件和M個導熱器件的側面周圍，起到阻止裝置從側面與外界發生熱交換的作用。

在一些實施方案中，所述N個加熱或制冷器件,包括半導體制冷片，電陶瓷加熱片，電熱膜或電阻絲中的一種或n種，其中n≥2。

在一些實施方案中，所述N個測溫器件，包括熱敏電阻，熱電偶，集成測溫芯片中的一種或l種，其中l≥2。

在一些實施方案中，所述M個導熱器件,包括金屬，石墨，導熱硅中的一種或m種，其中m ≥2。

在一些實施方案中，所述散熱器件包括金屬散熱片或金屬散熱片及固定在其上的風扇。

一種溫度控制方法，包括N級溫度控制單元獨立控制方法和一種管理協調N級控制單元的控制方法。

在一些實施方案中，所述N級溫度控制單元獨立控制方法包括但不限于PID控制方法或預估式控制方法。

在一些實施方案中，所述管理協調N級控制單元的控制方法，包括確定第一級溫度控制單元目標溫度和持續時間的方法，確定其他級溫度控制單元目標溫度和持續時間的方法。

在一些實施方案中，所述確定第一級溫度控制單元目標溫度和時間方法，包括由外界輸入目標溫度和持續時間或從內部存儲器中讀取目標溫度和持續時間。