專利名稱：滑動(dòng)型傳熱媒介板塊pcr儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物實(shí)驗(yàn)儀器，特別涉及一種聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)用儀器——PCR儀。
背景技術(shù)：
PCR反應(yīng)是一種最常用的分子生物技術(shù)，而PCR儀是PCR反應(yīng)必不可少的設(shè)備。 PCR儀對(duì)樣品進(jìn)行有程序的升降溫，經(jīng)過很多次溫度循環(huán)以達(dá)到擴(kuò)增基因的目的。其程序 的每一個(gè)溫度循環(huán)通常有3個(gè)溫度點(diǎn)第一個(gè)是變性溫度，通常為94 98'C;第二個(gè)是退 火溫度，通常為50 65。C，根據(jù)需要設(shè)定；第三個(gè)是延伸溫度，通常為68 74。C。在PCR 反應(yīng)開始時(shí)，PCR儀將樣品加熱到變性溫度，并保持幾秒鐘。然后將樣品溫度下降到退火 溫度，并保持幾秒鐘。然后將樣品加熱到延伸溫度，并保持一段時(shí)間，此時(shí)間由具體反應(yīng) 條件來定。然后再將樣品加熱到變性溫度，開始下一個(gè)溫度循環(huán)。PCR儀的主要技術(shù)指標(biāo) 為溫度的精度和升降溫的速率。PCR儀的使用者一般都希望有較快的升降溫速率。這不僅 是為了加快整個(gè)PCR過程，提高人們的工作效率，也是為了減少在降溫過程中可能帶來的 引物錯(cuò)誤起始(mis-priming)。提高PCR儀變溫速率，特別是降溫速率，是一項(xiàng)技術(shù)的挑 戰(zhàn)。
現(xiàn)有的PCR儀，從某一種角度來講，可以分成兩大類型。第一類型的PCR儀是將冷/ 熱源固定在一個(gè)導(dǎo)熱良好的傳熱媒介一端，將樣品管安放在傳熱媒介的另一端。在降/升 溫的過程中，通過冷/熱源對(duì)媒介的吸/放熱來改變媒介的溫度，進(jìn)而通過媒介將熱傳入 PCR樣品，以改變樣品的溫度。傳熱媒介大多為鋁制的，因?yàn)殇X的導(dǎo)熱性能良好，質(zhì)量輕， 價(jià)格便宜。用銅和銀可以制作性能更好的媒介，但價(jià)格昂貴，很少采用。傳熱媒介的加熱 比較容易實(shí)現(xiàn)，比如說用電熱絲通上電就可以作為性能穩(wěn)定、體積小、價(jià)格便宜的熱源。 但是實(shí)現(xiàn)快速制冷就比較困難。在歷史上曾有過用壓縮機(jī)制冷的PCR儀。壓縮機(jī)的主要缺 點(diǎn)是重量大、體積大、噪音大。也曾有用流動(dòng)自來水作冷源將媒介上的熱吸收的PCR儀。 但自來水使用不方便，并且降溫速率受到自來水的溫度影響，當(dāng)水溫較高時(shí)，冷源和媒介 的溫差不大，降溫的速率受到限帝U。相對(duì)于以上這些早期的技術(shù)來說，TE片(thermoelectric effect片，半導(dǎo)體制冷片，Peltier制冷片)既能升溫，又能降溫，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更加輕巧方 便，目前PCR儀大多使用TE片作為冷/熱源。這種第一類型的PCR儀是目前市場(chǎng)上最常 見的，但是此類PCR儀有如下缺點(diǎn)1) 相對(duì)PCR樣品來說，傳熱媒介的熱慣量很大。這是因?yàn)樗馁|(zhì)量大、比熱容大。在給 定冷/熱源功率的情況下，熱慣量大越大，溫度改變?cè)铰?。為了減小媒介的熱慣量，需 要減小其體積。 一些高檔產(chǎn)品用機(jī)械加工的手段將部分金屬削去來減小傳熱媒介板塊 的體積。但是熱傳導(dǎo)率是和傳導(dǎo)方向上的截面積成正比的，當(dāng)媒介的截面積減小時(shí)， 熱傳導(dǎo)會(huì)變慢。媒介體積太小還會(huì)造成溫度不均勻。受這些因素限制，加工改進(jìn)后的 傳熱媒介的熱慣量仍然很大，升降溫的速度仍然慢。
2) 為了加快升降溫的速度，需要使用大功率的冷/熱源來加大傳熱媒介板塊與冷/熱源之 間的溫差。但是當(dāng)冷/熱源功率很大的時(shí)候，溫度不容易精確控制，很容易造成升降溫 時(shí)超過預(yù)定值。為了防止超過預(yù)定值，溫度控制的電路和程序都比較復(fù)雜。因此在實(shí) 際使用中，升降溫的速度還受到溫度精密控制方面的制約。
3) 用于PCR儀的TE片容易損壞。為了達(dá)到快速升降溫，TE片兩端的溫差必須很大，這 使得TE片的不同部位在不同步地進(jìn)行膨脹和收縮，因此它的瓷片和半導(dǎo)體柱結(jié)合部位 應(yīng)力改變很大，結(jié)合處容易出現(xiàn)斷裂。此種TE片的損壞是PCR儀最常見的技術(shù)損壞。 為了延長(zhǎng)TE片的壽命，減小應(yīng)力變化，要由許多切割成小型的TE片來代替一整塊大 的TE片，這樣就使得PCR儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝調(diào)試程序復(fù)雜，成本升高。
4) 為了加大功率，不僅要用大功率的TE片，還需要大的散熱片和大的風(fēng)扇。這又使得 PCR儀體積和重量加大，并且工作時(shí)有很大噪音。
第二類型的PCR儀是將已經(jīng)預(yù)熱到設(shè)定溫度值的傳熱媒介接觸PCR樣品。這樣就避 免了上述由傳熱媒介造成的升降溫速率慢的問題。常見實(shí)施方案有以下兩種。 一種是風(fēng)熱 型，其媒介為空氣，通過調(diào)節(jié)風(fēng)門將處于室溫的環(huán)境空氣與加熱過的高溫空氣以適當(dāng)比例 混合來達(dá)到預(yù)期溫度，然后再把混合后的空氣吹到PCR樣品上。此方案的優(yōu)點(diǎn)是升溫速度 快，造價(jià)低，重量輕。但是降溫時(shí)吹到樣品管上的空氣溫度為室溫，與樣品管的溫差小， 并且空氣的比熱容小，熱導(dǎo)率低，導(dǎo)致樣品管的降溫速度慢。為了均勻的混合冷熱空氣， 必須把空氣攪動(dòng)的非?？欤虼孙L(fēng)扇的噪音很大。
另一種方案的媒介為金屬，其代表為RoboCycler (美國(guó)Stratagene公司)。它有幾個(gè) 金屬媒介板塊，金屬媒介板塊先預(yù)熱到不同設(shè)定值，然后用一個(gè)機(jī)器手把樣品按照預(yù)定的 程序?qū)悠饭懿迦胫付ǖ拿浇榘鍓K，到達(dá)預(yù)定時(shí)間后將樣品管拔出，再插入另一塊媒介板 塊，以此類推，達(dá)到有序的改變PCR樣品的溫度的目的。這種方案因?yàn)槊恳粋€(gè)板塊穩(wěn)定地 維持在預(yù)設(shè)溫度上，在升降溫過程中將所儲(chǔ)的熱能傳遞到高樣品，所以很容易提高樣品的溫度精度和變溫速率，同時(shí)節(jié)省了能耗。由于不需要重復(fù)進(jìn)行降溫，減少了對(duì)散熱裝置的 要求，避免了常見的TE片的損壞，甚至可以不用TE片。與上述第一類型的PCR儀相同， RoboCycler的金屬媒介板塊上有與PCR樣品管外形相配合的孔。這就需要機(jī)械手除了在水 平方向移動(dòng)外，再要有一套垂直方向運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，才能將樣品管從一個(gè)媒介板塊上拔 出再轉(zhuǎn)移到另一個(gè)媒介板塊上去。并且，機(jī)械手要精確移位才能將樣品準(zhǔn)確插入媒介板塊 上對(duì)應(yīng)的孔中。由機(jī)械手帶來的主要缺點(diǎn)是儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、價(jià)格高。此外，當(dāng)樣 品被拔出一直到插入第二個(gè)板塊時(shí)，會(huì)暴露在空氣中，這會(huì)使樣品溫度下降1一2'C，這一 降溫會(huì)對(duì)PCR反應(yīng)造成壞影響，尤其在退火后，使樣品溫度低于設(shè)定值，有可能造成引物 與模板的非特異性結(jié)合而導(dǎo)致錯(cuò)誤起始(mis-priming)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種PCR儀，避免第一類型PCR儀的缺點(diǎn)，保留第二類型PCR 儀的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)簡(jiǎn)化機(jī)械移動(dòng)裝置。 本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種PCR儀，包括一個(gè)機(jī)殼、多個(gè)可預(yù)設(shè)溫度的傳熱媒介板塊和一個(gè)用于放置樣品管 的樣品架，其中所述多個(gè)傳熱媒介板塊排列于樣品架下，且它們的上表面與樣品架的垂 直距離相等，在傳動(dòng)裝置的作用下，傳熱媒介板塊和樣品架相對(duì)滑動(dòng)，滑動(dòng)軌跡在同一個(gè) 平面上，滑動(dòng)過程中樣品管按照一定的程序間接或直接地與預(yù)熱到不同溫度的不同傳熱媒 介板塊的上表面相接觸。
上述的多個(gè)傳熱媒介板塊可排列成直線，它們與樣品架的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡也呈直線；也 可以將多個(gè)傳熱媒介板塊排列在圓弧上，它們與樣品架的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡為圓弧狀。
多個(gè)傳熱媒介板塊可固定在一個(gè)框架中，板塊之間的空間填入固體填充物，所有傳熱 媒介板塊和填充物的上表面到樣品架的垂直距離相等。
傳動(dòng)裝置與固定傳熱媒介板塊的框架連接，或者與樣品架連接。在第一種情況下，樣 品架相對(duì)于機(jī)殼是固定的，而傳熱媒介板塊相對(duì)于機(jī)殼是移動(dòng)的；第二種情況則剛好相反， 傳熱媒介板塊相對(duì)于機(jī)殼是固定的，而樣品架相對(duì)于機(jī)殼是移動(dòng)的。
本發(fā)明的傳熱媒介板塊采用金屬或其他熱的良導(dǎo)體制成，常用的為鋁。而填充在板塊 之間的填充物優(yōu)選采用上下兩層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，即上層的材料與傳熱媒介板塊相同，而下層 采用熱絕緣材料，例如耐熱的泡沫塑料或其它材料(比如以環(huán)氧樹脂為基質(zhì)的復(fù)合材料)。
每個(gè)傳熱媒介板塊都有一個(gè)熱源對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，熱源可以是簡(jiǎn)單而便宜的電阻式加熱 元件，也可以是熱電效應(yīng)元件(TE片)。
在樣品架上還可以增加一個(gè)加熱蓋，在PCR過程中，該加熱蓋壓在PCR樣品管上， 加熱蓋的溫度約為IO(TC，可防止水分蒸發(fā)后凝聚在樣品管頂部，同時(shí)，加熱蓋的壓力可 使樣品管與傳熱媒介板塊有良好的接觸。
在本發(fā)明的一些具體實(shí)施方案中，樣品管與傳熱媒介板塊是平面式接觸。傳熱媒介板 塊的上表面為平面，樣品架可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的帶孔的平板，而樣品管的底部為平面，當(dāng)樣 品管插入樣品架后，樣品管的底部與傳熱媒介板塊的上表面直接接觸。也可以使用通常的 PCR錐形管為樣品管，相應(yīng)的樣品架則是一個(gè)上表面開有錐形孔、下表面為平面的PCR 管插座，所述錐形孔用于插入PCR錐形管，該P(yáng)CR管插座用熱的良導(dǎo)體制成，其下表面 與傳熱媒介板塊的上表面接觸。
為減小PCR管插座的熱慣量、增加其與傳熱媒介板塊的接觸面積并且縮短PCR管與 傳熱媒介板塊之間的距離，在本發(fā)明的另一些具體實(shí)施方案中，在PCR管插座的底部開有 一系列平行的條狀凹槽，將一排排的PCR管插孔隔開，在傳熱媒介板塊上表面相應(yīng)地加工 出一系列的與這些條狀凹槽表面相吻合的條狀凸起，這些條狀凹槽和凸起的走向與傳熱媒 介板塊和PCR管插座的相對(duì)滑動(dòng)方向一致。
本發(fā)明的技術(shù)方案屬于預(yù)熱媒介類型，用一個(gè)傳動(dòng)裝置將PCR樣品按照一定的程序與 預(yù)熱到不同溫度的媒介板塊接觸，從而達(dá)到有程序的升降溫。但與上述的RoboCycler不同 的地方是，傳熱媒介板塊與樣品接觸的平面上沒有插樣品的孔，樣品的安放和退出傳熱媒 介板塊的過程是以一種線性滑動(dòng)的方式來完成，而不是像RoboCycler那樣插入和拔出。 這樣，只要用一個(gè)簡(jiǎn)單的、精度不高的機(jī)械移動(dòng)裝置，就可以實(shí)現(xiàn)樣品在不同溫度傳熱媒 介板塊上的安放，從而省略了上下移動(dòng)的裝置，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制線路，減小了儀器 的體積和重量，減少了機(jī)械故障，降低了成本，并且也避免了由暴露在空氣中造成于PCR 不利的樣品過度降溫。


圖la是實(shí)施例1的PCR儀當(dāng)樣品架位于第一傳熱媒介板塊上時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖lb是實(shí)施例1的PCR儀當(dāng)樣品架位于第二傳熱媒介板塊上時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2是實(shí)施例1的PCR儀的傳熱媒介板塊與樣品架的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是實(shí)施例2的PCR儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4a是實(shí)施例3的PCR管插座和與之接觸的傳熱媒介板塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4b是實(shí)施例3的PCR管插座和與之接觸的傳熱媒介板塊的縱向剖視圖。 圖5a是實(shí)施例4的PCR管插座和與之接觸的傳熱媒介板塊的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5b是實(shí)施例4的PCR管插座和與之接觸的傳熱媒介板塊垂直于移動(dòng)方向的縱向剖視圖。
圖中
l一傳熱媒介板塊 2—框架 3—填充物 4—軌道 5—機(jī)殼底盤
6—樣品架 7—樣品管 8—電機(jī) 9—熱源 3-1—鋁制填充物
3-2—保溫填充物 IO—螺紋孔 ll一螺桿 12—PCR管插座
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明，但不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。 實(shí)施例1
如圖la和lb所示的PCR儀，有三個(gè)傳熱媒介板塊l，排列成一直線，固定在一個(gè)框 架2中，傳熱媒介板塊1為簡(jiǎn)單的矩形塊，采用鋁或者其它傳熱好的材料制成，每?jī)蓧K相 鄰板塊之間的空間填入固體填充物3，三個(gè)傳熱媒介板塊1和填充物3的上表面形成一個(gè) 平面。框架2、傳熱媒介板塊1和填充物3構(gòu)成一個(gè)機(jī)械整體，這一整體放置在一個(gè)線形 軌道4上，由一個(gè)直線電機(jī)8推動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)直線移動(dòng)。軌道4固定于機(jī)殼底盤5上，樣 品架6也是固定的，樣品管7為平底的，放置在樣品架6上后，樣品相對(duì)于機(jī)殼位置固定。 這樣，直線電機(jī)8按程序?qū)⒅付ǖ墓ぷ靼?圖la中是第一傳熱媒介板塊，圖lb中為第二 傳熱媒介板塊)移動(dòng)到樣品架下，來實(shí)現(xiàn)有程序的改變樣品的溫度。
具體的，如圖2所示，樣品架6所需占據(jù)的面積的為36X54毫米，而傳熱媒介板塊l 為52X70毫米。這樣，即使不精確定位，有正負(fù)4毫米的誤差也可以使所有樣品都置于 傳熱媒介板塊上，并且與傳熱媒介板塊邊緣至少仍有4亳米的距離。通常，板塊邊緣的 溫度容易偏離設(shè)置點(diǎn)，所以為了確保樣品溫度的精確度，樣品不宜太靠近邊緣。每個(gè)傳 熱媒介板塊下都緊密按裝有一個(gè)熱源9，熱源為電阻絲式加熱元件。傳熱媒介板塊l的厚 度可為5—40毫米，如果過薄，不僅機(jī)械強(qiáng)度不夠，而且熱慣量也不夠。因?yàn)闃悠窋[上去 后會(huì)吸掉一部分熱能而改變傳熱媒介板塊的溫度，所以如果傳熱媒介板塊熱慣量較小，溫 度會(huì)偏離預(yù)設(shè)值較多。但是，傳熱媒介板塊過厚會(huì)使機(jī)器重量加大。傳熱媒介板塊之間的間隙為2-20毫米。間隙太小，相鄰兩個(gè)板塊間的熱傳導(dǎo)會(huì)使板塊的溫度不容易控制；間隙 太大，板塊間隙的溫度不容易維持在兩個(gè)板塊的溫度之間，使得樣品在兩板塊間滑動(dòng)時(shí)， 溫度會(huì)過度下降。傳熱媒介板塊1之間的填充物3要起到以下作用第一，它和兩個(gè)板塊 形成一個(gè)平面，使得樣品從一個(gè)板塊滑到另一個(gè)板塊沒有機(jī)械障礙；第二，它起到一定的 隔熱保溫作用，使得相鄰的兩個(gè)媒介板塊可以獨(dú)立地設(shè)定溫度，防止相鄰的板塊的溫度影 響到自身板塊的溫度維持，并且此保溫作用也減少了PCR儀的能耗；第三，在兩個(gè)板塊間
形成一個(gè)溫度的過渡，當(dāng)樣品從一個(gè)板塊滑動(dòng)到另一個(gè)板塊時(shí)，它所接觸的溫度也是從前
一個(gè)板塊的溫度朝著后一個(gè)板塊的溫度漸變。本實(shí)例中板塊間的距離約為5毫米，填充物 為一個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)，其上層的材料與傳熱媒介板塊相同，如圖2中所示的鋁制填充物3-l， 約為1毫米厚，下層為保溫填充物3-2，采用熱絕緣材料，如耐熱的泡沫塑料。此復(fù)合結(jié) 構(gòu)，其上部用鋁塊很容易實(shí)現(xiàn)其表面溫度介于兩個(gè)媒介板塊之間，并且它的機(jī)械性能與傳 熱媒介板塊一致，可以避免因磨損而造成的高低不平；其下部的熱絕緣材料又減少了板塊 間的熱傳導(dǎo)。另外，在樣品架上有一個(gè)能夠加熱的蓋子，在PCR過程中，這個(gè)蓋子的溫度 約為10(TC，以防止水分蒸發(fā)后凝聚在樣品管頂部。此加熱蓋以其自身重量將PCR管壓在 媒介板塊上，使PCR管與傳熱媒介板塊有良好的接觸。由于加熱蓋是現(xiàn)有技術(shù)，在示意圖 中略去。
該P(yáng)CR儀在使用時(shí)，將第一傳熱媒介板塊設(shè)置在退火溫度，比如55'C;第二傳熱媒 介板塊設(shè)置在延伸溫度，比如72°C;第三傳熱媒介板塊設(shè)置在變性溫度，比如94°C。將 樣品放在樣品架6上后，電機(jī)8將第三傳熱媒介板塊置于樣品架下；經(jīng)過幾秒鐘，當(dāng)樣品 溫度到達(dá)變性溫度后，電機(jī)8推動(dòng)框架2、傳熱媒介板塊1和填充物3構(gòu)成的機(jī)械整體滑 動(dòng)，使第一傳熱媒介板塊處于樣品架下(見圖la);再經(jīng)過幾秒鐘，當(dāng)樣品溫度到達(dá)退火 溫度后，電機(jī)推動(dòng)機(jī)械整體滑動(dòng)，使第二傳熱媒介板塊處于樣品架下(見圖lb);又經(jīng)過 幾秒鐘，樣品溫度到達(dá)延伸溫度并持續(xù)一段特定時(shí)間(由具體PCR反應(yīng)而定)即完成一個(gè) 循環(huán)。然后電機(jī)再推動(dòng)機(jī)械整體滑動(dòng)，將第三傳熱媒介板塊置于樣品架下，開始下一個(gè)循 環(huán)。
實(shí)施例2
如圖3所示，此實(shí)施方案的特點(diǎn)為傳熱媒介板塊1固定在機(jī)殼上，樣品放在樣品架6 上，而樣品架6是可移動(dòng)的。與實(shí)施例l相同，有三個(gè)傳熱媒介板塊l，熱源為電阻絲式 加熱元件，緊密的安裝在板塊下。傳熱媒介板塊采用鋁或者其它傳熱好的材料。傳熱媒介
板塊為一個(gè)簡(jiǎn)單的矩形塊。每?jī)蓧K相鄰的媒介板塊之間的空間填入固體。僅從幾何角度講， 三個(gè)傳熱媒介板塊1和填充物3的上表面形成一個(gè)平面。三個(gè)傳熱媒介板塊1排列成一直 線，固定在一個(gè)框架2上，和充填物一起，形成一個(gè)機(jī)械整體，固定于機(jī)殼底盤5上。樣 品架6放置在一個(gè)線形軌道4上。在此實(shí)例中，線性軌道4是由框架2的邊緣構(gòu)成。樣品 架6的一側(cè)有一個(gè)螺紋孔10，螺紋孔10中穿過一根螺桿11,由一個(gè)電機(jī)8來轉(zhuǎn)動(dòng)此螺桿， 從而實(shí)現(xiàn)樣品架6的線性移動(dòng)。樣品管的底部為平面，通過樣品架6安放在傳熱媒介板塊 1的平面上。這樣，按程序?qū)悠芳?移動(dòng)到指定的傳熱媒介板塊上，來實(shí)現(xiàn)有程序的改 變樣品的溫度。
樣品架6和傳熱媒介板塊1的尺寸，以及傳熱媒介媒介板塊之間的填充物和實(shí)施例1 所述相同。
使用時(shí)，將第一傳熱媒介板塊設(shè)置在退火溫度，比如55'C;第二傳熱媒介板塊設(shè)置在 延伸溫度，比如72°C;第三傳熱媒介板塊設(shè)置在變性溫度，比如94°C。將樣品放在樣品 架6上后，電機(jī)8將樣品架6置于第三傳熱媒介板塊上。經(jīng)過幾秒鐘，當(dāng)樣品溫度到達(dá)變 性溫度后，電機(jī)8推動(dòng)樣品架6移動(dòng)，使樣品架6處于第一傳熱媒介板塊上。再經(jīng)過幾秒 鐘，當(dāng)樣品溫度到達(dá)退火溫度后，電機(jī)8推動(dòng)樣品架6移動(dòng)，使樣品架6處于第二傳熱媒 介板塊上。又經(jīng)過幾秒鐘，樣品溫度到達(dá)延伸溫度。經(jīng)過一段特定的延伸時(shí)間(由具體PCR 反應(yīng)要求來定)即完成一個(gè)循環(huán)。然后電機(jī)再推動(dòng)樣品架移動(dòng)，將樣品架置于第三傳熱媒 介板塊上，開始下一個(gè)循環(huán)。
實(shí)施例3
上述兩個(gè)實(shí)施例采用了特別設(shè)計(jì)的平底PCR樣品管，但這并不是一個(gè)必要的條件。在 本實(shí)施例中，PCR管是通用的錐形管，通過一個(gè)導(dǎo)熱良好的PCR管插座與預(yù)熱的傳熱媒 介板塊實(shí)現(xiàn)熱偶(thermal coupling) 。 PCR管插座外形和材料的選擇類似于背景技術(shù)中所 描述的第一種類型PCR儀中的媒介板塊，如圖4a和4b所示，PCR管插座12的一面有插 入PCR管的錐形孔，相對(duì)的一面為一個(gè)與傳熱媒介板塊1相接觸的平面。在此實(shí)例中的 PCR管插座相當(dāng)于實(shí)施例1中的樣品架，其余結(jié)構(gòu)與實(shí)施例l相同。由于PCR管插座有 一個(gè)不可忽略的熱慣量，當(dāng)它接觸到媒介板塊后，會(huì)吸收一個(gè)不可忽略的熱量，使得傳熱 媒介板塊和樣品管的溫度偏離預(yù)熱溫度。所以傳熱媒介板塊的預(yù)熱溫度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況作 出相應(yīng)的調(diào)整來補(bǔ)償插座熱慣量帶來的溫度偏差。調(diào)整量可以通過計(jì)算和實(shí)驗(yàn)來確定。此 方案中，改變PCR管插座和樣品管溫度的熱能基本上是由傳熱媒介板塊中儲(chǔ)存的熱能來提
供的，從這點(diǎn)上看，該P(yáng)CR儀和第一類型PCR儀很不同。第一類型PCR儀改變溫度的熱 能是在執(zhí)行溫度改變的過程中，由冷/熱源來直接提供的，所需的能量由功率乘時(shí)間來決 定，需要一定的時(shí)間積累，所以溫度改變的速度較慢。本實(shí)施例中由于利用的是傳熱媒介 板塊預(yù)熱過程中儲(chǔ)備的熱能，PCR管和插座溫度改變速度取決于熱傳導(dǎo)率。傳熱媒介板塊 中預(yù)熱的熱能可以由一個(gè)功率較小的加熱器(或散熱器)通過較長(zhǎng)時(shí)間(整個(gè)熱循環(huán))積 累。
實(shí)施例4
與實(shí)施例3相同，標(biāo)準(zhǔn)通用PCR管由一個(gè)PCR管插座和傳熱媒介板塊形成熱偶，但 是在傳熱媒介板塊接觸面在外形設(shè)計(jì)上與實(shí)施例3不同。PCR管插座12經(jīng)過加工從底部 將部分金屬削去，在一排排PCR管插孔之間形成一系列平行的條狀凹槽，這些條狀凹槽的 走向與傳熱媒介板塊1的移動(dòng)方向一致，垂直于移動(dòng)方向的截面呈"△"形，相對(duì)應(yīng)的， 在傳熱媒介板塊1上加工出一系列的與這些條狀凹槽表面相吻合的條狀凸起，具體結(jié)構(gòu)參 見圖5a和5b，圖5a中的雙向箭頭表示傳熱媒介板塊1的滑動(dòng)方向。此設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)為1.由 于削去一部分后，PCR管插座體積減小，從而減小了其熱慣量；2.加大了樣品與傳熱媒介 板塊的接觸面積；3.PCR管的表面與傳熱媒介板塊的表面距離縮短。以上三個(gè)特點(diǎn)都可以 加快熱傳導(dǎo)，使PCR儀升降溫度效率提高。在此實(shí)施例中，PCR管插座12的體積為15.0 cm3，它與傳熱媒介板塊1的接觸面積為64.1 cm2。相比之下，如果未切出條狀凹槽，PCR 管插座的體積為24.8 cm3，它與傳熱媒介板塊的接觸面積為19.4 cm2。切出條狀凹槽后， 體積減小了約40%，接觸面積增加至三倍。同時(shí)，切出條狀凹槽后，PCR管到傳熱媒介板 塊的距離也很明顯地縮短。
權(quán)利要求
1.一種PCR儀，包括一個(gè)機(jī)殼、多個(gè)可預(yù)設(shè)溫度的傳熱媒介板塊和一個(gè)用于放置樣品管 的樣品架，其中所述多個(gè)傳熱媒介板塊排列于樣品架下，且它們的上表面到樣品架 的垂直距離相等，在傳動(dòng)裝置的作用下，傳熱媒介板塊和樣品架相對(duì)滑動(dòng)，滑動(dòng)軌跡 在同一個(gè)平面上，滑動(dòng)過程中樣品管按照一定的程序間接或直接地與預(yù)熱到不同溫度 的不同傳熱媒介板塊的上表面相接觸。
2. 如權(quán)利要求1所述的PCR儀，其特征在于所述多個(gè)傳熱媒介板塊排列成直線或排列 在圓弧上。
3. 如權(quán)利要求1所述的PCR儀，其特征在于所述多個(gè)傳熱媒介板塊固定在一個(gè)框架中，板塊之間的空間填入固體填充物，所有傳熱媒介板塊和填充物的上表面到樣品架的垂 直距離相等。
4. 如權(quán)利要求3所述的PCR儀，其特征在于所述傳動(dòng)裝置與固定傳熱媒介板塊的框架連接，或者與樣品架連接。
5. 如權(quán)利要求3所述的PCR儀，其特征在于所述傳熱媒介板塊采用熱的良導(dǎo)體制成，而填充在板塊之間的填充物采用上下兩層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，上層的材料與傳熱媒介板塊相 同，而下層采用熱絕緣材料。
6. 如權(quán)利要求1所述的PCR儀，其特征在于每個(gè)傳熱媒介板塊都有一個(gè)熱源對(duì)其進(jìn)行預(yù)熱，熱源是電阻式加熱元件或熱電效應(yīng)元件。
7. 如權(quán)利要求1所述的PCR儀，其特征在于所述樣品架上帶有一個(gè)加熱蓋，在PCR過程中，該加熱蓋壓在樣品管上。
8. 如權(quán)利要求1 7中任一權(quán)利要求所述的PCR儀，其特征在于所述傳熱媒介板塊的上表面為平面，所述樣品架是一個(gè)帶孔的平板，而樣品管的底部為平面，當(dāng)樣品管插入 樣品架后，樣品管的底部與傳熱媒介板塊的上表面直接接觸。
9. 如權(quán)利要求1 7中任一權(quán)利要求所述的PCR儀，其特征在于所述傳熱媒介板塊的上 表面為平面，樣品架則是一個(gè)由熱的良導(dǎo)體制成的、上表面開有PCR錐形管插孔、下 表面為平面的PCR管插座，PCR管插座的下表面與傳熱媒介板塊的上表面接觸。
10. 如權(quán)利要求1 7中任一權(quán)利要求所述的PCR儀，其特征在于所述樣品架是一個(gè)由 熱的良導(dǎo)體制成的、上表面開有PCR錐形管插孔的PCR管插座，在其底部開有一系 列平行的條狀凹槽，在傳熱媒介板塊的上表面也相應(yīng)地具有一系列的與這些條狀凹槽 表面相吻合的條狀凸起，這些條狀凹槽和凸起的走向與傳熱媒介板塊和PCR管插座的 相對(duì)滑動(dòng)方向一致。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種滑動(dòng)型的傳熱媒介板塊PCR儀，包括一個(gè)機(jī)殼、多個(gè)可預(yù)設(shè)溫度的傳熱媒介板塊和一個(gè)用于放置樣品管的樣品架，其中所述多個(gè)傳熱媒介板塊排列于樣品架下，且它們的上表面到樣品架的垂直距離相等，在傳動(dòng)裝置的作用下，傳熱媒介板塊和樣品架相對(duì)滑動(dòng)，滑動(dòng)軌跡在同一個(gè)平面上，滑動(dòng)過程中樣品管按照一定的程序間接或直接地與預(yù)熱到不同溫度的不同傳熱媒介板塊的上表面相接觸。該P(yáng)CR儀避免了樣品管的插入和拔出操作，從而簡(jiǎn)化了機(jī)械移動(dòng)裝置，簡(jiǎn)化了控制線路和結(jié)構(gòu)，減小了儀器的體積，減少了機(jī)械故障，降低了成本，并且也避免了由暴露在空氣中造成的有害的樣品過度降溫。
文檔編號(hào)C12M1/00GK101363001SQ20081011867
公開日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者劉樹謨, 響 李 申請(qǐng)人:金銀杏生物科技(北京)有限公司