本发明专利技术公开了一种可实现快速温控的装置和方法，该装置包括：温控目标接收部件，其用于容纳温控目标；至少一组恒温流体源装置，其用于向温控目标接收部件输送所需要温度的恒温流体源，以置换所述温控目标接收部件中现存的流体，将所述温控目标接收部件中的温控目标的温度调控至设定值；以及用于连接所述温控目标接收部件与所述恒温流体源装置的流体通道。本发明专利技术采用具有适合温度的流体直接进入温控腔体中，而不需要通过温控部件逐渐加热或降温温控腔体，最大限度减少了温控过程中的升温和降温过程所需时间，提高了温控的速率，对于一些对温控速度要求较高的领域，如PCR等领域，其可以显著的缩短检测过程中温控的时间消耗，提高检测效率和通量。
【技术实现步骤摘要】
可实现快速温控的装置和方法
本专利技术涉及自动控制领域与热力学领域，特别涉及一种可实现快速温控的装置和方法。
技术介绍
温度控制是一种常见的控制过程，在很多领域，如化学化工反应、生物医学工程检测等应用广泛。在一些应用中，需要对温控目标在几个温度点之间快速的切换，切换速度和温控精度是影响这类温控的主要参数。PCR技术的温度控制是正是这种形式的典型。PCR技术是分子诊断领域检测浓度核酸的主要技术，在基因表达研究、microRNA研究、基因组拷贝数鉴定、癌症标志物稀有突变检测等领域应用广泛。一个完成的PCR温控过程为：步骤一：将样品加热到94℃进行变性；步骤二：将样品降温到40℃～60℃进行退火；步骤三：将样品加热到70℃～75℃进行延伸。步骤四：重复步骤一至步骤三35～40次。可见，PCR温控过程是一个较为复杂的过程，需要在三个温区不断的切换，现有的温控技术，升、降温速度只能达到2～5℃/s，升、降温切换消耗的时间较多，导致整个PCR温控时间很长，达到2小时甚至更久。而如果可以将不同温区之间的切换时间缩短甚至去除，则PCR温控时间可以缩短至30min以内，可以大大提高PCR检测的速率和通量。现有的温控技术升、降温速度慢，只能达到2～5℃/s，其原因在于，现有技术的温控装置通常温控目标放置于大块金属上或者金属腔体中，通过帕尔贴、PI膜加热片等对温控目标以及金属块、金属腔进行整体加热，导致热惯量较大，升降温时间长。微流控芯片是20世纪末新型出现的一种技术，其通常具有小、薄的特点，典型的尺寸是长、宽5cm以下，厚度2mm甚至更薄。这样的芯片具有很小的热惯量和优异的升降温特性，但如果采用现有的温控技术，金属腔和金属块将成为主要的热惯量源，无法发挥出微流控芯片惯量小的优势。可见，根据微流控芯片小热惯量的特点，研发一种可以实现快速温控的方法和装置，对于提高如PCR等领域的温控速率和检测效率，具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术针对现有温控技术无法发挥微流控芯片热惯量小的不足，本专利技术提出一种可实现快速温控的装置和方法，本专利技术摒弃了现有的通过帕尔贴、PI膜加热片等加热方式，而是利用一种流体置换的方式实现对微流控芯片超快速的温控。本专利技术采用的技术方案是：一种可实现快速温控的装置，其特征在于，包括：温控目标接收部件，其用于容纳温控目标；至少一组恒温流体源装置，其用于向温控目标接收部件输送所需要温度的恒温流体源，以置换所述温控目标接收部件中现存的流体，将所述温控目标接收部件中的温控目标的温度调控至设定值；以及用于连接所述温控目标接收部件与所述恒温流体源装置的流体通道。优选的是，所述温控目标接收部件为可完全包裹所述温控目标的腔体结构，或者为可部分包裹所述温控目标的板、槽或孔结构。优选的是，所述恒温流体源装置包括流体存储装置、分别设置在所述流体存储装置的入口端和出口端的输入阀和输出阀以及用于对所述流体存储装置中的流体的温度进行调控的温控部件。优选的是，所述流体通道包括与所述输入阀连接的第一通道和将所述输出阀连接至所述温控目标接收部件的第二通道。优选的是，还包括至少一个设置在所述第一通道或第二通道上的用于实现流体输送的动力源装置。优选的是，还包括用于将所述温控目标接收部件排出的流体输送回所述恒温流体源装置中的流体回收通道。优选的是，所述温控目标接收部件中还设置有至少一个温度传感器。优选的是，包括至少两组所述动力源装置；多组所述恒温流体源装置中的每组恒温流体源装置分别对应一个所述动力源装置，或者是其中的至少两组或全部恒温流体源装置通过第一多通接头共用一个所述动力源装置。优选的是，多组所述恒温流体源装置中的每组恒温流体源装置分别对应一个所述流体回收通道，或者是其中的至少两组或全部恒温流体源装置通过第二多通接头共用一个所述流体回收通道。本专利技术的另一方面在于，还提供一种可实现快速温控的方法，其采用如上所述的装置对所述温控目标进行温度控制；假定所述温控目标需要在温度T1保持时间t1，在温度T2保持时间t2，在温度T3保持时间t3,…，在温度Tn保持时间tn；与之对应的所述可实现快速温控的装置包括n组所述恒温流体源装置，该方法包括以下步骤：1)确定所述恒温流体源装置内部的流体的温度控制值：1-1)设定第一组所述恒温流体源装置内部的流体的温度T01，并向处于环境温度下的所述温控目标接收部件输送T01温度的流体，测量所述温控目标接收部件温度稳定后的实际温度T，调整T01，直至所述温控目标接收部件的实际温度T达到T1，并记下此时的所述恒温流体源装置内部的流体的温度T’01，将其作为第一组恒温流体源装置内部温度控制值；1-2)按照上述步骤1-1)的方法，得到其余组恒温流体源装置内部的流体的温度控制值，分别记为：T’02、T’03、…T’0n；2)测量所述温控目标在相邻两温度之间实现温度转换所需的时间：2-1)通过第一组恒温流体源装置向处于环境温度下的所述温控目标接收部件输送T’01温度的流体，同时测试温控目标的实际温度T，得到T由环境温度变化至T1所需要的时间t01；2-2)通过第二组恒温流体源装置向处于环境温度下的所述温控目标接收部件输送T’02温度的流体，同时测试温控目标的实际温度T，得到T由T1变化至T2所需要的时间t02；2-2)按照与上述步骤2-1)相同的方法依次测量其余的温度转换时间，直至完成温控目标在第n组所述恒温流体源装置提供的温度T0n的流体的热浴下，测试所述温控目标的实际温度T，得到温控目标的实际温度T由Tn-1变化至Tn所需要的时间t0n；3)对温控目标进行温度控制：3-1)通过第一组所述恒温流体源装置，向处于环境温度下的所述温控目标接收部件输送T’01温度的流体，输送时间为t1+t01；3-2)通过第二组所述恒温流体源装置，向处于环境温度下的所述温控目标接收部件输送T’02温度的流体，输送时间t2+t02；…3-n)通过第n组所述恒温流体源装置，向处于环境温度下的所述温控目标接收部件输送T’0n温度的流体，输送时间tn+t0n；直至完成所有n组恒温流体源装置对温控目标接收部件流体的输送，完成对温控目标的温控。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种可以实现快速温控的装置和方法，本专利技术采用具有适合温度的流体直接进入温控腔体中，而不需要通过温控部件逐渐加热或降温温控腔体，因而最大限度的减少了温控过程中的升温和降温过程所需时间，提高了温控的速率，对于一些对温控速度要求较高的领域，如PCR等领域，其可以显著的缩短检测过程中温控的时间消耗，提高检测效率和通量。附图说明图1为本专利技术的一种实施例中的可实现快速温控的装置的结构示意图；图2为本专利技术的另一种实施例中的可实现快速温控的装置的结构示意图(具有动力源)；图3为本专利技术的另一种实施例中的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可实现快速温控的装置，其特征在于，包括：/n温控目标接收部件，其用于容纳温控目标；/n至少一组恒温流体源装置，其用于向温控目标接收部件输送所需要温度的恒温流体源，以置换所述温控目标接收部件中现存的流体，将所述温控目标接收部件中的温控目标的温度调控至设定值；/n以及用于连接所述温控目标接收部件与所述恒温流体源装置的流体通道。/n
【技术特征摘要】
1.一种可实现快速温控的装置，其特征在于，包括：
温控目标接收部件，其用于容纳温控目标；
至少一组恒温流体源装置，其用于向温控目标接收部件输送所需要温度的恒温流体源，以置换所述温控目标接收部件中现存的流体，将所述温控目标接收部件中的温控目标的温度调控至设定值；
以及用于连接所述温控目标接收部件与所述恒温流体源装置的流体通道。
2.根据权利要求1所述的可实现快速温控的装置，其特征在于，所述温控目标接收部件为可完全包裹所述温控目标的腔体结构，或者为可部分包裹所述温控目标的板、槽或孔结构。
3.根据权利要求2所述的可实现快速温控的装置，其特征在于，所述恒温流体源装置包括流体存储装置、分别设置在所述流体存储装置的入口端和出口端的输入阀和输出阀以及用于对所述流体存储装置中的流体的温度进行调控的温控部件。
4.根据权利要求3所述的可实现快速温控的装置，其特征在于，所述流体通道包括与所述输入阀连接的第一通道和将所述输出阀连接至所述温控目标接收部件的第二通道。
5.根据权利要求4所述的可实现快速温控的装置，其特征在于，还包括至少一个设置在所述第一通道或第二通道上的用于实现流体输送的动力源装置。
6.根据权利要求5所述的可实现快速温控的装置，其特征在于，还包括用于将所述温控目标接收部件排出的流体输送回所述恒温流体源装置中的流体回收通道。
7.根据权利要求6所述的可实现快速温控的装置，其特征在于，所述温控目标接收部件中还设置有至少一个温度传感器。
8.根据权利要求7所述的可实现快速温控的装置，其特征在于，包括至少两组所述动力源装置；
多组所述恒温流体源装置中的每组恒温流体源装置分别对应一个所述动力源装置，或者是其中的至少两组或全部恒温流体源装置通过第一多通接头共用一个所述动力源装置。
9.根据权利要求8所述的可实现快速温控的装置，其特征在于，多组所述恒温流体源装置中的每组恒温流体源装置分别对应一个所述流体回收通道，或者是其中的至少两组或全部恒温流体源装置通过第二多通接头共用一个所述流体回收通道。
10.一种可实现快速温控的方法，其特征在于，其采用如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：周武平，黎海文，蒋克明，张志强，刘聪，张涛，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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