一种用于控制流体样品温度的系统，其包括具有第一外表面和第二外表面且两个表面相互平行的装置。该装置内具有两个或多个适合于容纳样品的通道。这些通道布置于与所述第一外表面和第二外表面平行的公共平面上。温度传感器沿该公共平面置于通道之间。加热器热连接两个外表面中的一个，散热器连接该两个外表面中的另一个，从而在第一和第二外表面之间建立温度梯度。温度控制器接收温度传感器输入的感测温度，并通过响应调节该加热器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于维持流体样品温度的温度控制装置。更具体而言，本 专利技术涉及适用于具有不同热容的样品的装置。
技术介绍
一些分析程序要求对多个流体样品进行分析，其中这些样品的热特性 明显不同，例如不同的热容。 一个具体的例子是通过MMIMS (微孔膜入 口质镨)分析的MIGET (复合惰性气体清除技术)，其中在两个血液样品 和一个气体样品中测量惰性气体分压(Baumgardner JE， Choi I-C Vonk國Noordegraaf A， Frasch HF, Neufeld GR， Marshall BE. Sequnetial VA/Q distributions in the normal rabbit by micropore membrane inlet mass spectrometry. J Appl Physiol 2000;89:1699-1708)。开始分析的时候， 血液和气体样品处于常温下(通常为必须对样品进行加热，并在 体温下(通常为37")进行分析。可是这些血液和气体样品的热容差别很 大。为了测定样品中的惰性气体分压，这些流体样品流经各自的传感器。 除了样品的不同热容之外，气体样品和血液样品的最佳流量也不相同。虽 然这两种不同的热特性(热容和样品流量)，^a是两种样品都必须在相同、 精确的温度下进行分析。多个流体样品之间可能存在差异的热特性包括热容(如在MMIMS 的MIGET中)、样品流量(如在MMIMS的MIGET中)、样品体积(例 如多个动脉血液气体样品，其中每个样品的体积不同)、以及初始样品温 度(例如来源不同的样品均需要在同一温度下分析)。此外，用于分析样 品的多个传感器的热特性也可以不同，但是在一些例子中，理想的3一在相 同温度下利用M感器进行分析。在分析应用中，除了需要控制多个样品的温度之外，有时也需要进行 两个或多个流体相化学反应，并且将这些平行反应维持在相同的温度下。反应之间可能的热特性差异包括不同的反应物iWF温度、不同的反应物进 料流量、不同的反应物体积、以及>^应的不同比热。尽管这些反应的热要 求不同，理想的是在完全相同的温度下进行这些平行反应。当在同一温度下对多个流体样品进行分析时，通常需要在整个测量过 程中对温度进行精确调节。例如，在通过MMIMS的MIGET中，分析惰性气体分压需要几分钟，在这段时间内在o.ir:范围内精确控制分析温度可以提高惰性气体的测量准确度。与此类似，在多个平行流体相反应中，在反应全过程中对反应温度进行精确控制可能是理想的。例如，在聚合sm反应(PCR)中，在扩链^Ji过程中将反应温度精确控制在721C约20秒， 可以提高DNA样品倍增的总效率(Chiou J， Matsudaira P, Sonin A, Ehrlich D. A closed-cycle capillary polymerase chain reaction machine. Analytical Chemistry 2001; 73:2018-2021 )。除了在一定时间内将多个样品保持在同一恒定温度的要求之外，有时 也需要快速改变不同样品组之间的分析温度。例如，在通过MMIMS的 MIGET和动脉血液气体(ABG)分析中，从体温不同的患者或对IM^取不 同的样品。当对这些样品组进行顺序处理时，非常理想的是能够把分析器 的控制温度从一个体温调节至另一个体温。与此类似，为了进行多个平行 反应，有时需要将反应温度从一个受控温度快速改变至另一个温度。例如， 在进行PCR反应时，需要在变性、退火和扩^J1应之间进行快速改变温度 (Nagai H， Murakami Y， Yokoyama K, Tamiya E- High throughput PCR in silicon based microchamber array. Biosensors and Bioelectronics 2001;16:1015-1019 )。因此，在分析应用中以及在流体相反应器应用中，有时对整个过程的 温度控制有多种要求(1)当每个样品、传感器或者反应的热特性差别很 大时，为多个流体样品、传感器或流体相反应提供温度调节；(2)在某一 特定时间内提供非常精确的、均匀的温度调节；(3)为所有样品、传感器 或反应提供温度调节，该调节高度精确并且在多个样品、传感器或反应 中均匀；以及(4)对受控温度进行快速的、可预测性的改变。在温度控 制器的设计中，这些竟争性要求常常是相互矛盾。具体地，能够随时间和样品对温度进行精确和均匀调节的控制器通常不适于快速改变温度。相 反，能够快速改变温度的温度控制器通常是不精确和不均匀的。因此，现 有技术采用不同的方法来处理这些问题。一种方法是把样品、传感器或者>^应物置于高导热材料块中，如铝质加热器块。例如，Shoder等人报道了 6种均基于导热块设计的商用PCR热 循环器的'性食巨(Schoder D， Schmalwieser A， Schauberger G， Kuhn M， Hoorfar J， Wagner M. Physical Characteristics of Six New Thermocyclers. Clinical Chemistry 2003; 49: 960-963 )。由于这种材料 块的热传导率4艮高，因此它易于等温。因此，控制材料块内样品的温度是 相对简单的控制材料块温度的问题。由于用于测量材料块温度的装置尺寸 几乎没有限制，因此可以采用高准确度的传感器，例如热敏电阻或者集成 电路型传感器来测量材料块的温度。材料块温度的反馈控制仅仅需要一个 调节材料块加热器输出的控制回路。在这种导热加热器块的方法中，其温 度控制的准确度通常很高；而且，可以将热特性均一的样品均匀地控制到 相同的温度。但是，这种方法有几个缺点。首先，如果样品的热特性变化 很大，则温度不会总是均匀，因为材料块内局部变化没有被监测或者单独 被调节。其次，材料块的热质通常远大于少量液体样品的热质。材料块大 的热质使得样品温度难于被迅速改变。当需要快速改变温度例如阶跃变化 到新的温度时，通常采用本领域技术人员所熟知的诸如PID (比例-积分 —微商)的控制算法来在温度快速变化和目标温度的过调量之间进行折衷 处理(Schoder D， Schmalwieser A， Schauberger G， Kuhn M， Hoorfar J， Wagner M. Physical Characteristics of Six New Thermocyclers. Clinical Chemistry 2003; 49: 960-963)。第二种用于控制多个样品、传感器或反应的方法是对每个样品进行单 个和单独加热。例如，Friedman和Meldrum报道了一种新型薄膜电阻器法， 用于对PCR的单个毛细管进行热控制(Friedman NA， Meldr咖DR. Capillary tube resistive thermal cycling. Analytical Chemistry 1998; 79:2997-3002 )。该方法对每个样品、传感本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种温度控制流体样品系统，包括： 流体样品装置，其包括： 第一衬底块，具有第一内表面和第一外表面； 第二衬底块，具有第二内表面和第二外表面； 第一沟槽，形成于所述第一内表面中，具有开口朝向所述第一衬底块外围边缘的第一和第二端； 所述第一和第二衬底块的第一和第二内表面相互面对，从而在所述第一和第二衬底之间形成第一通道， 其中： 所述第一通道具有开口朝向所述流体样品装置外围边缘的第一和第二端； 所述第一通道结合所述第一沟槽； 所述第一通道位于两个虚平面之间，所述两个虚平面由所述第一通道的高度（ｈ）所间隔开且相互平行，并且在它们之间限定容纳所述第一通道的第一体积；和 至少一个温度传感器，配置用于测量所述第一体积内温度； 加热器，热耦合于所述第一和第二外表面中的一个； 散热器，热耦合于所述第一和第二外表面中另一个；和 温度控制器，配置用于接收来自所述温度传感器的温度信息，对此响应并输出信号以控制所述加热器和所述散热器中的至少一个，以便 在所述第一和第二外表面中的一个与所述第一和第二外表面中的另一个之间形成温度梯度；以及 在所述第一体积内维持所需的温度。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯E鲍姆加德纳，
申请(专利权)人：欧西里其有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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