加热装置和用于发生化学反应的设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种加热装置和一种用于发生化学反应的设备。所述加热装置包括：光源，其用于产生包括红外线的光，以加热多个待加热区域；和光线引导部件，用于使所述光源产生的光束变成多个光斑，分别照射到所述的多个待加热区域，所述光线引导部件包括微机电系统或者二维光栅。本发明专利技术能够实现定点有选择地加热待加热区域，而不是大范围地没有选择地加热。另外，在本发明专利技术中光束通过空气传播，不需要利用任何装置引导，可以以非接触的方式传播光束实现加热。同时，本发明专利技术采用光线直接加热，而非传统的热传递接触式加热，可以快速地开始和停止加热。

【技术实现步骤摘要】
加热装置和用于发生化学反应的设备
本专利技术涉及加热领域，尤其涉及利用光加热的领域。
技术介绍
目前，激光加工、打标和化学反应等领域广泛地利用光加热的技术。激光加工是利用激光束与物质相互作用的特性对材料进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等的一门技术，其基本原理就是利用激光产生热量加热材料然后对材料进行处理。打标是用激光束在各种不同的物质表面烧蚀或者刻蚀永久标记的技术。打标的工作原理为：激光发生器生成高能量的连续激光光束，当激光作用于承印材料时，处于基态的原子跃迁到较高能量状态；处于较高能量状态的原子不稳定，会很快回到基态，当原子返回基态时释放出额外的能量，并这些能量由光能转换为热能，使表面的材料瞬间熔融甚至气化，从而形成图文标记。多种化学反应（尤其是生物化学反应，例如利用聚合酶链反应PCR）对温度非常敏感。可以通过调节反应样品的温度来控制这些化学反应的过程，包括化学反应的开始、反应速度和结束等。下面以化学反应领域的光加热技术为例说明现有技术的状况。一种现有的技术为直接加热方式（非接触式加热），即光源产生的光线不经过传热介质直接照射到待加热的较大区域上产生热量。当反应样品分布在多个加热位点上时（通常情况下都有多个反应样品分布在多个加热位点上），这种现有技术无法实现有选择地加热某些加热位点，即无法实现定点加热。另外一种常见的方式现在更常见，为间接加热方式（接触式加热）。公开号为WO98/09728A（公开日为1998年3月12日）的专利文件公开的名称为热循环装置，其红外线加热光源的光线照射在传热介质——吸热部件上，反应样品夹在吸热部件之间，吸热部件和反应样品之间产生热传递。这种方式由于需要先加热吸热部件所以无法实现快速地加热待加热对象，由于吸热部件中会存有一部分热量，所以该装置也无法实现迅速地停止加热反应样品。另外，公开号为CN102329725CN（公开日为2012年1月25日）的专利文件公开了一种光透射温度控制装置，光产生单元通过光纤束将从光源输出的作为激发光的光从热电装装置块照射到容纳样品的管子上。光纤束使从光源输出的光入射到管上。该现有技术利用光纤束传输光，失去了非接触式加热的优点。
技术实现思路
基于现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的是设计一种加热装置，该装置能够实现定点地加热多个区域。本专利技术的一个实施方式提出一种加热装置，其特征在于，该加热装置包括：光源，其用于产生包括红外线的光束，以加热多个待加热的区域，和光线引导部件，用于使所述光源产生的光束变成多个光斑，照射到上述多个待加热的区域，所述光线引导部件包括微机电系统（MEMS）或者二维光栅。优选，所述光源能够产生包括红外线的激光。包括红外线的激光不仅可用用于调节化学反应的温度，而且可以用于激光加工和激光打标等领域。优选，所述二维光栅用于使所述光源产生的光束发生透射变成多个光斑，所述二维光栅的面内角可调。或者，所述二维光栅为上下设置的多个二维光栅，用于改变透射光斑的数量。或者还可以在所述光线引导部件和待加热区域之间还设有渐变滤色片，该渐变滤色片用于控制照射到待加热区域的光的强度。优选，所述微机电系统（MEMS）包括数字微镜器件或光栅光阀及它们的控制器，所述控制器用于控制数字微镜器件或光栅光阀，从而调整照射到待加热区域上的光的方向和强度。优选，所述数字微镜器件和光栅光阀上覆有红外线反射膜，红外线反射膜可以提高数字微镜器件和光栅光阀对红外线的反射率，从而提高能量的利用率。优选，所述光源为两个，一个光源能够产生第一波长的光，另一个光源能够产生第二波长的光，在两个光源和光线引导部件之间还设有二向色镜，所述二向色镜使所述第一波长的光和所述第二波长的光耦合成一束。通过设置两个能够产生不同波长的光线的光源使得待加热区域内部和邻近容器壁面的物质受热均匀。本专利技术的另外一个实施方式公开了一种用于发生化学反应的设备，其特征在于该设备包括：上面所述的加热装置，和设置在所述加热装置一侧的基体，所述基体上设有多个容纳样品的区域。优选，在上述设备中，所述区域中设有多个孔，所述孔的侧壁为阶梯形结构，用于防止光发生全反射。上述实施方式能够实现定点的有选择地加热待加热的区域，而不是大范围的没有选择地加热。另外，本专利技术的实施方式还可以达到快速加热。因采用光学直接加热，即光线加热(radiativeheating)，而非传统的热传递接触式加热(contactheating)，所以可以快速的开始和停止加热(光线开即开始加热，光线关即停止加热)。此外，光束通过空气传播，不需要利用光纤等这样的部件引导，可以以非接触的方式传播光束实现加热。非接触式加热可以使整个设备的设计具有更大的灵活性。例如，对于化学反应的加热而言，非接触的设计使加热装置和化学反应容器中间有一个开放的空间。可以随意地从容器放入和取出样品。如果是接触式加热，则没有该开放空间。每次放入和取出样品必须移开上面的加热装置。此外在开放的空间里可以使用滤色片等附加装置。附图说明本专利技术的其它特点、特征、优点和益处通过以下结合附图的详细描述将变得更加显而易见。其中：图1示出了按照本专利技术一个实施例的加热装置和化学反应设备的透视图；图2A示出了上述加热装置中设置的一种光线引导部件——二维光栅的结构示意图；图2B示出了上述加热装置中设置的另外一种光线引导部件——微机电系统的结构示意图；图2C示出了另外一种微机电系统的结构示意图；图3示出了设有渐变滤色片的加热装置的示意图；图4示出了按照本专利技术一个实施例的设有两个光源的加热装置的示意图；图5示出了按照本专利技术一个实施例的化学反应设备的基体的示意图。具体实施方式下面，将结合附图详细描述本专利技术的各个实施例。图1出了按照本专利技术一个实施方式的加热装置和化学反应设备的透视图。加热装置包括光源1，其用于产生包括红外线的光，优选使用红外激光或者红外发光二极管。也可以采用紫外灯或者卤素灯，这些类型的灯也输出红外波段的光线，但是其在可见光波段也有很强的输出，所以如果采用紫外灯和卤素灯，需要使用滤色片把紫外光和大部分可见光过滤掉。加热装置还包括光线引导部件2，该光线引导部件2设置在光源1的一侧（例如可以设置在光源1的下侧，也可以设置在上侧），用于调整光的传播方向，将光源2产生的辐照大范围的均匀光束变成定点照射特定点位（即待加热的区域8）的多个光斑。为避免重复起见，在图1示出的加热装置下面还示出了本专利技术另外一个实施方式中的化学反应设备包括的设有多个化学反应区域8的基体9，但是本领域的技术人员可以理解，该温度控制装置除了应用在化学反应设备中以外，还可以用于激光加工、打标等领域。光线引导部件2包括的主要部件为能够控制光方向的微机电系统MEMS（MicroelectromechanicalSystems）和二维透射光栅。具体地，附图2A示出了二维透射光栅，附图2B和2C示出了两种具体的微机电系统的结构，其中附图2B示出的是数字微镜器件5，附图2C为光栅光阀GLV。下面分别说明这三种部件的结构和工作方式。图2A示出了二维光栅的示意图。二维光栅的作用是把光源1产生的光束变成多个点阵式的光斑。光源1产生的光线照射在二维光栅上，二维光栅改变光线的方向，将多个透射的光斑引导到多个待加热的区域。该二维光栅在一个平面的两个方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加热装置，其特征在于，该装置包括：光源（1），其用于产生包括红外线的光束，以加热多个待加热的区域（8），和光线引导部件（2），用于使所述光源（1）产生的光束变成多个光斑，分别照射到所述的多个待加热的区域（8），所述光线引导部件（2）包括微机电系统或者二维光栅（3）。

【技术特征摘要】
1.一种加热装置，其特征在于，该装置包括：光源(1)，其用于产生包括红外线的光束，以加热多个待加热的区域(8)，和光线引导部件(2)，用于使所述光源(1)产生的光束变成多个光斑，分别照射到所述的多个待加热的区域(8)，所述光线引导部件(2)包括微机电系统或者二维光栅(3)，其中所述光源(1)为两个，一个光源能够产生第一波长的光，另一个光源能够产生第二波长的光，在所述两个光源(1)和光线引导部件(2)之间还设有二向色镜(7)，所述二向色镜(7)使所述第一波长的光和所述第二波长的光耦合成一束。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述光源(1)能够产生包括红外线的激光。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述二维光栅(3)用于使所述光源(1)产生的光束发生透射形成多个光斑，所述二维光栅(3)的面内角可调。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述二维光栅(3)为上下设置的多个二维光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鲁凝，李明，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE