使用动态控制改进热循环仪的热均匀性制造技术

本发明专利技术提供了用于改善热不均匀性的聚合酶链式反应(PCR)方法。该方法包括通过第一传感器测量样品模块的第一样品模块部分的第一温度和通过第二传感器测量样品模块的第二样品模块部分的第二温度，第二样品模块部分与第一样品模块部分邻近。该方法进一步包括通过热电控制器计算第一温度和第二温度间的温度差异，以及通过热电控制器、根据温度差异，使用一个或多个热电冷却器调整第一样品模块部分的第一温度。一个或多个热电冷却器被配置为能通过调整从热电控制器的能量输出来加热或冷却第一样品模块部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用动态控制改进热循环仪的热均匀性·相关申请的引用本申请要求于2010年4月9日提交的美国临·时申请系列第61/322，529号的权益， 在此通过引用将其内容并入本申请。专利技术背景通常，为了使用PCR方法扩增DNA (脱氧核糖核酸)，必须使具有特定组成的液体反应混合物循环通过数个不同温度的孵育周期。反应混合物包括不同的组分，包括待扩增的 DNA和与样品DNA充分互补从而能够产生被扩增DNA的延伸产物的至少两个引物。PCR的关键是热循环的概念熔解DNA、短引物与产生的单链退火和使这些引物延伸从而产生双链DNA的新拷贝的交替步骤。在热循环中，PCR反应混合物重复地从用于熔解DNA的大约 90° C的高温到用于引物退火和延伸的大约40° C至70° C的较低温进行循环。通常，理想的是在循环中尽量迅速地将样品温度改变至下一个温度。化学反应在每一个阶段具有最适温度。因而，在非最适温度下耗时越少意味着能达到更好的化学结果。在达到每一个孵育温度之后，还需要在每一个所述孵育温度下反应混合物保持某一最短时间。这些最短孵育时间确定了完成一个循环需要的最短时间。因此，样品孵育温度间的任何过渡时间要计算入这个最短循环时间。由于循环数相当大，这种额外的时间不必要地增加了完成扩增需要的总时间。在一些以前的自动化PCR仪中，将样品管插入热模块组件上的样品孔。为了进行 PCR过程，根据用户在PCR流程文件中制定的规定温度和时间，使热模块组件的温度进行循环。通过计算机系统和相关电子装置控制循环。随着热模块组件改变温度，不同管中的样品经历类似的温度改变。然而，在这些以前的仪器中，由于热不均匀性(TNU)，在热模块组件内不同位置间产生了样品温度的差异。模块材料内存在温度梯度，这使得在循环中的某些时间，一些样品与其它样品的温度不同。因为混合物的化学反应在每一个阶段具有最适温度，因此能够达到该实际温度是优良分析结果的关键。大的TNU能够导致样品管与样品管之间PCR过程的产出不同。由此，对于表征可以用于不同生物分析仪器的热模块组件的性能，TNU分析具有重要价值。通常在热模块组件的样品模块部分测量TNU，并将其通常表达为在一个样品或多个样品接触的样品模块部分上最热的孔和最冷的位置间的差异或平均差异。与凝胶数据相比，工业标准设定大约1.0° C的差异或0.5° C的平均差异。长时间以来，对降低TNU的努力关注于样品模块。例如，已经发现，样品模块的边缘通常比中心更冷。已采用一个方法来应对这样的边缘效应，该方法是在样品模块周围提供不同的边界和边缘加热器，从而抵消观察到的从中心到边缘的热梯度。专利技术概述在一个示例性的实施方案中，方法包括使用热电控制器、通过第一传感器测量样品模块的第一样品模块部分的第一温度，以及使用热电控制器、通过第二传感器测量样品模块的第二样品模块部分的第二温度，第二样品模块部分与第一样品模块部分邻近。该方法进一步包括通过热电控制器计算第一温度和第二温度间的温度差异。通过调整向一个或多个热电冷却器的能量输出，热电控制器根据温度差异调整第一样品模块部分的第一温度。热电冷却器被配置为能加热或冷却第一样品模块部分。在另一个示例性的实施方案中，计算机可读存储介质由以下指令编码，使用热电控制器测量样品模块的第一样品模块部分的第一温度，使用热电控制器测量样品模块的第二样品模块部分的第二温度，第二样品模块部分与第一样品模块部分邻近。指令进一步用于计算第一温度和第二温度间的温度差异。指令进一步包括调整热电控制器向一个或多个热电冷却器的能量输出从而根据温度差异调整第一样品模块部分的第一温度的指令。热电冷却器被配置为能加热或冷却第一样品模块部分。在另一个不例性的实施方案中，系统包括第一传感器和第二传感器，所述第一传感器被配置用于检测样品模块的第一样品模块部分的第一温度，所述第二传感器被配置用于检测样品模块的第二样品模块部分的第二温度，第二样品模块部分与第一样品模块部分邻近。该系统进一步包括与第一传感器和第二传感器保持电通讯的热电控制器。热电控制器被配置为能接收样品模块的第一样品模块部分的第一温度和接收样品模块的第二样品模块部分的第二温度，第二样品模块部分与第一样品模块部分邻近。热电控制器被进一步配置为能计算第一温度和第二温度间的温度差异，并根据温度差异、基于调整向一个或多个热电冷却器的能量输出来调整第一样品模块部分的第一温度。一个或多个热电冷却器被配置为能加热或冷却第一样品模块部分。附图说明本领域技术人员能理解以下描述的附图只是为了说明的目的。附图并非意图以任何方式限制本专利技术的范围。图1是热循环仪的模块图。图2是包括了检测系统的热循环仪的模块图。图3是展示不同的实施方案的计算机系统700的模块图，在该系统上可实施PBA 数据分析方法的实施方案。图4展示了示例性的热模块组件的立体图。 图5展示的一般性示意图描述了用于图4所示热模块组件的现有技术控制系统。图6展示了用于图5所示热模块组件的现有技术控制系统的一般性示意图。图7展不了对应于一个实施方案的不意图400。图9展不了对应于一个实施方案的功能模块图。图10展示了根据图9所示的实施方案的过程流程图500。图11展示了不具有主系统控制器的两PID控制器系统。图12展示了具有主系统控制器的两PID控制器系统。图13展示了对应于一个实施方案的示意图410。图14展示了对应于一个实施方案的示意图420。图15展不了对应于一个实施方案的不意图430。图16展示了根据图14所示的实施方案中的两装置实施方案的系统控制器的功能模块图。图17展示了根据图15所示实施方案的过程流程图600。图18展示了图14所示的每一个PID控制器的功能模块图。图19展示了两PID控制器系统，其中PID控制器内具有分布式系统控制器。图20展示了不具有分布式系统控制器的两PID控制器系统。图21展示了两PID控制器系统，其中PID控制器内具有分布式系统控制器。图22展示了一个示意图，其中系统控制器还可以是主系统控制器和分布式系统控制器的组合。图23展示了图22中使用的样品模块部分阵列的示意图。图24是用于改进PCR仪的样品模块的热不均匀性的系统的图，本专利技术的实施方案可在该系统上实施。图25是示例性的流程图，其显示了改进PCR仪的样品模块的热不均匀性的方法， 本专利技术的实施方案可根据该方法实施。图26是不同的软件模块的系统的示意图，该软件模块执行改进PCR仪的样品模块的热不均匀性的方法，本专利技术的实施方案可根据该方法实施。图27是使用主热电控制器改进PCR仪的样品模块的热不均匀性的系统的示意图， 本专利技术的实施方案可在该系统上实施。图28是示例性的流程图，其显示了使用主热电控制器改进PCR仪的样品模块的热不均匀性的方法，本专利技术的实施方案可根据该方法实施。图29是不同的软件模块的系统的示意图，该软件模块执行使用主热电控制器改进PCR仪的样品模块的热不均匀性的方法，本专利技术的实施方案可根据该方法实施。 不同实施方案的描述在以下的描述中参照附图，其中附图作为描述的一部分，并且附图是以说明的方式展示本专利技术中可以实施的示例性的实施方案。对这些实施方案进行了充分详细地描述， 使本领域技术人员能实施本专利技术，并且应当理解，可以利用其它实施方案，并且在不脱离本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.04.09 US 61/322,5291.进行聚合酶链式反应(PCR)的方法，所述方法包括 通过第一传感器测量样品模块的第一样品模块部分的第一温度； 通过第二传感器测量所述样品模块的第二样品模块部分的第二温度，所述样品模块的第二样品模块部分与所述第一样品模块部分邻近； 通过热电控制器，计算所述第一温度和所述第二温度间的温度差异；以及 根据所述温度差异，通过所述热电控制器，调整所述第一样品模块部分的所述第一温度，所述调整是基于调整向一个或多个热电冷却器的能量输出，其中所述一个或多个热电冷却器被配置为能加热或冷却所述第一样品模块部分。2.如权利要求1所述的方法，其中通过所述第一传感器测量所述第一温度和从所述第二传感器测量所述第二温度发生在向所述一个或多个热电冷却器的能量输出增加的过程中。3.如权利要求1所述的方法，其中从所述第一传感器测量所述第一温度和从所述第二传感器测量所述第二温度发生在向所述一个或多个热电冷却器的能量输出降低的过程中。4.如权利要求2所述的方法,进一步包括基于向所述一个或多个热电冷却器的能量输出增加的速率，调整向所述一个或多个热电冷却器的能量输出。5.如权利要求3所述的方法,进一步包括基于向所述一个或多个热电冷却器的能量输出降低的速率，调整向所述一个或多个热电冷却器的能量输出。6.如权利要求1所述的方法，进一步包括 通过第三传感器，测量所述样品模块的第三样品模块部分的第三温度； 通过所述热电控制器，计算所述第三温度和所述第一温度间的温度差异和所述第三温度和所述第二温度间的差异；以及 根据所述第一温度和所述第二温度间的差异、所述第三温度和所述第一温度间的差异和所述第三温度和所述第二温度间的差异，通过所述热电控制器，调整所述第一样品模块的所述第一温度，所述调整是基于调整向所述一个或多个热电冷却器的能量输出。7.如权利要求1所述的方法，进一步包括 通过所述热电控制器，调整所述第二样品模块部分的所述第二温度，所述调整是基于调整向第二组一个或多个热电冷却器的能量输出，其中所述第二组一个或多个热电冷却器被配置为能加热或冷却所述第二样品模块部分。8.用指令编码的计算机可读存储介质，所述指令可由处理器执行，用于进行聚合酶链式反应(PCR)，所述指令包括以下指令 测量样品模块的第一样品模块部分的第一温度； 测量所述样品模块的第二样品模块部分的第二温度，所述样品模块的第二样品模块部分与所述第一样品模块部分邻近； 计算所述第一温度和所述第二温度间的温度差异；以及 根据所述温度差异，调整所述第一样品模块部分的所述第一温度，所述调整是基于调整向一个或多个热电冷却器的能量输出，其中所述一个或多个热电冷却器被配置为能加热或冷却所述第一样品模块部分。9.如权利要求8所述的计算机可读介质，其中从所述第一传感器测量所述第一温度和从所述第二传感器测量所述第二温度发生在使用所述热电控制器增加向所述一个或多个热电冷却器的能量输出的过程中。10.如权利要求8所述的计算机可读介质，其中从所述第一传感器测量所述第一温度和从所述第二传感器测量所述第二温度发生在使用所述热电控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·A·柯纳，林志强，迈克尔·C·帕拉斯，张志伟，
申请(专利权)人：生命技术公司，
类型：
国别省市：