[发明专利]热循环装置及方法

说明书

本发明的背景

本发明要求于2012年5月15日提交的第61/647,493号美国临时专利申请的优先权。

多种生物检测方法需要热循环，通常用于通过热交换来引发化学反应。这种方法的一个实例是用于DNA扩增的聚合酶链反应(PCR)。更多的实例包括等温核酸扩增、快速PCR、连接酶链反应(LCR)、自持序列复制、酶动力学研究、均一配体结合试验、和需要复杂温度变化的更复杂的生物化学机理研究。

这样的方法需要可以精确地并在某些情况下迅速提高和降低样品温度的检测系统。存在很多这样的系统，其通常使用冷却装置(例如风扇)，这种装置占据很大的物理空间并需要大量的动力来提供所需的性能(例如快速降温)。此外，这种冷却装置有启动延时和关闭重叠的问题，即关闭后还将发挥作用，因此不能使用瞬时类似数字的精度进行操作。例如，离心风机在打开的时候将不会以全体积能力立即鼓风并且在电源关闭后也将继续旋转，这样就会产生在检测中必须考虑的重叠时间。这些问题通常会随着设备的老化变得更糟。

由于这种冷却装置成本低，相对来说性能可被接受且易实施，这妨碍工业界寻找解决问题的方法。因此，解决方法远不止具有更大的容量输出功率的更强力的风扇，并且这也增加了空间和动力的需求。这么做的代价是对场检测系统的便携性产生负面效应，例如，便携性可以应用于偏远地区的病毒爆发的快速检测。因此，亟需解决的是在生物检测系统中使用的已知的冷却设备的不足之处。

发明概述

本发明的一个实施方式涉及热循环装置，其可包括安装壁，该安装壁部分地界定用于将生物样品热循环的室。安装壁可具有与第二安装面相对的第一安装面。样品界面壁可从第二安装面横向延伸。样品界面壁具有可从第二安装面接近的平面接口。样品界面壁可在平面接口相对两侧具有第一加热元件和第二加热元件。第一气源具有设置为在第一加热元件处引导空气的出口。第二气源具有设置为引导空气离开第一加热元件的出口。第三气源具有设置为在第二加热元件处引导空气的出口。第四气源具有设置为引导空气离开第二加热元件的出口。

在一些实施方式中，各个气源包括具有平面的空气泵、在平面上的出口、以及在平面周围的多个边缘。

在一些实施方式中，各个空气泵与第二安装面连接，从而其平面基本上横向于第二安装面。

在一些实施方式中，设置第一空气泵、第二空气泵和样品界面壁以界定室的第一子体积。

在一些实施方式中，设置第二空气泵的出口以将空气排出第一子体积的出口。

在一些实施方式中，设置第三空气泵、第四空气泵和样品界面壁以界定室的第二个子体积。

在一些实施方式中，设置第四空气泵的出口以将空气排出第一子体积的出口。

在一些实施方式中，设置第一气源和第三气源都设置为在第一加热元件和第二加热元件处直接分别引导气流。

在一些实施方式中，设置第二气源和第四气源以在样品界面壁处引导气流。

在一些实施方式中，设置第二气源和第四气源以沿样品界面壁引导气流。

在一些实施方式中，设置及各个第二气源和第四气源以抽吸空气远离所述样品界面壁。

在一些实施方式中，安装壁和样品界面壁可包括印刷电路板。

在一些实施方式中，样品界面壁将室分为基本上相同的体积。

在一些实施方式中，气源对称地设置于样品界面壁。

在一些实施方式中，各个气源包括平面的外壳，外壳具有安装于内部隔板上的内部压电器件。

在一些实施方式中，各个平面的外壳可包括出口端口，且其中设置第一气源和第三气源的出口端口以在第一加热元件和第二加热元件处直接分别提供各自气流。

在一些实施方式中，设置第二气源和第四气源的出口端口以沿或远离样品界面壁方向分别提供气流。

本发明的另一实施方式涉及热循环方法。在该方法中，可以启动第一加热元件和第二加热元件，各个加热元件邻近生物样品架设置。使用第一气源在第一加热元件处引导第一气流以传递来自第一加热元件的热量。使用第二气源引导第二气流以引导加热的空气远离第一加热元件。使用第三气源在第二加热元件处引导第三气流以传递来自第二加热元件的热量。使用第四气源引导第四气流以引导加热的空气远离第一加热元件。

在一些实施方式中，第一加热元件和第二加热元件安装于样品界面壁的相对面上，样品界面壁从安装面延伸。

在一些实施方式中，各个气源包括基本上平面的外壳，外壳边缘安装于安装面。

在一些实施方式中，第一气流和第三气流直接贯穿第一加热元件和第二加热元件。