[发明专利]具有内置热电元件的热块

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求于2011年6月8日提交的美国临时专利申请号61／494,742的权益，其全部内容通过引用结合在本文中。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及序贯的化学反应，其中聚合酶链式反应(PCR)为一个实例。具体地，本发明提出用于在多个反应混合物中同时进行化学反应同时密切控制每个混合物中的温度的方法和装置。

2.现有技术描述

PCR是需要对在程序的不同阶段之间具有快速温度变化的反应混合物进行高水平的温度控制的多个化学过程实例中的一个。PCR本身是用于扩增DNA的过程，即，从携带序列的单链产生多个拷贝的DNA序列。典型地，PCR在多个反应容器如孔、管或毛细管中提供试剂转移、温度控制和产物的光学检测的仪器中进行。该过程包括一系列对温度敏感的阶段，不同的阶段在不同的温度下进行并且温度顺序以连续的循环重复。

尽管PCR可以在任意反应容器中进行，但是反应容器的选择为多孔反应板、多通道微流体装置以及同时在多个样品中进行该过程的类似结构。每个样品贮器，不管其是多孔平板的孔还是多通道微流体装置的通道，将容纳独立的样品，并且在该过程的每个阶段，所有的样品均被同时平衡至共同的热环境。

例如，96-孔平板可以用于高通量PCR中，其通过将样品置于每个孔中，并且将该平板被放置与通常称为“热块(thermal block)”的金属块接触，并且通过珀耳贴(Peltier)(热电)加热／冷却元件或通过经由设置在块体中的通道循环传热流体的闭环式液体加热／冷却系统按照已确定的方案加热和冷却该金属块。尽管广泛描述珀耳贴元件用于该应用，但是，可以通过增加该元件与热块之间的热传递和减少该元件上的热负荷而提高珀耳贴元件的效率。

发明概述

本发明涉及具有构建到块体中的一个或多个珀耳贴元件的热块。术语“珀耳贴元件”和“热电加热／冷却元件”在本文中可互换使用。如熟悉这些元件的技术人员公知的，它们取决于通过它们的电流的方向而作为加热或冷却元件工作。采用构建到热块中的珀耳贴元件，与常规排列(其中珀耳贴元件和热块为独立的部件，它们在使用时必须连接在一起)相比，得到的构造具有较少的热界面。常规珀耳贴元件是一种层压结构，其外层是导热的陶瓷材料，而本发明的热块利用常规热块的金属片作为珀耳贴元件朝向反应平板的的一侧上的外层。因此，形成热块的各层从上到下为：(i)金属片，其上表面的轮廓与反应平板的底面的轮廓相匹配，由此当平板下降到金属片上时，提供与样品板的每个样品贮器的最大接触；(ii)在所述金属片下表面上的电绝缘材料薄层；(iii)将P-掺杂的和N-掺杂的半导体块连接在一起的导电条，P-掺杂的和N-掺杂的半导体块是珀耳贴元件的工作部件；(iv)半导体块本身；(v)在所述半导体块底部的导电条；和(vi)散热器。在本发明的特定实施方案中包含的任选的附加的层是在导电条的下层和散热器之间的电绝缘层。上文提及的作为层(v)的导电条与散热器热耦合，术语“热耦合”用在本文中表示热容易从导电条传到散热器，反之亦然，直接地传热或者当存在电绝缘层时，通过电绝缘层传热。在本发明的特定实施方案中，层(ii)，(iii)，(iv)和(v)和散热器形成永久连接在一起的单件，然后，该单件可通过可拆装的连接装置如螺钉紧固件、夹具等与金属块连接。在其他实施方案中，所有六层永久连接在一起形成单件。常规的永久连接手段，如胶粘剂，可以用在后面所述的这些实施方案中。

本发明的这些和其他实施方案、目标和优点将通过附上的附图和下述描述而清楚。

附图简述

图1是与反应平板组合的本发明的热块的一个实例的一部分的横截面视图。

图2是与反应平板组合的本发明的热块的另一个实例的一部分的横截面视图。

图3是与本发明的热块的另一个实例组合的作为反应平板的微流体装置的立体图。

图4是图3的微流体装置和热块的横截面视图。

发明和所选实施方案的详述