温度控制设备的制作方法

1.本发明涉及一种用于样品的热处理的设备，该设备包括基座单元，其具有用于接收至少一个样品载体的接收区域；温度控制块，其布置在接收区域中；用于封闭接收区域的盖，该盖被实现在应用位置，以在布置在温度控制块中的样品载体上施加可预定的按压力；温度传感器，用于记录温度控制块的温度；以及控制单元，用于将温度控制块加热和冷却到预定温度。


背景技术：

2.生物技术和分子生物学中的许多标准技术需要执行热控制过程步骤，为此应用特殊的温度控制设备。对于众所周知的聚合酶链式反应(pcc)，例如使用热循环仪，其能够自动地执行聚合酶链式反应的不同温度循环。此外，实时热循环仪配备有用于荧光测量的光学系统。这些温度控制设备的其他示例包括例如恒温振荡器、培养箱和现有技术中已知的其他实验室设备。
3.对于样品的热处理，将例如微孔板的样品载体放置在温度控制块中，该温度控制块可以具有用于反应容器的多个接收位置，其可以例如实现为温度控制块的表面中的凹部。反应容器可以实现为在微孔板中形成的接收位置，例如形成为微孔的接收位置。微孔可以形成为例如微孔板中的阱，当微孔板被带到温度控制块时，其可以接合在温度控制块中的对应接收位置。然而，还存在微孔板——例如所谓的1536微孔板，在该情况下反应容器被实现在平面平台上的蜂窝结构中。对于容纳在这种微孔板中的样品的温度控制，使用具有平坦表面的温度控制块，当将微孔板放置在温度控制块上时，该温度控制块的后侧贴靠在微孔板上。存在热循环仪，其使用盖将反应容器按压成与温度控制块紧密热接触。为此，必须对盖施加按压力。此外，对于原位pcc或杂交，物体载体是已知的，在该情况下在每种情况下将样品应用在由框架包围的表面区域上。应用在物体载体上的这种样品同样可以在热循环仪中进行热处理。
4.此外，在许多情况下，本发明领域的设备的盖以可加热的方式实现。以这种方式，尤其可以防止在样品载体的上部区域中形成冷凝物。
5.在这些设备的情况下，问题可能是设定温度控制块的温度，使得样品达到某个可预定的温度。为了能够确保可靠的工作，经常将系统用于温度校准，以便适当地校准和/或调节温度控制块的测量温度。
6.校准热循环仪的可能性在于尤其是校准的温度传感器的应用，该温度传感器被实现为使得它们可以测量温度控制块的温度。在这方面，通常使用单独的校准系统，在该情况下每个温度传感器尤其适用于温度控制块，并且例如分布在温度控制块上的限定位置中。然后在温度控制块的一个或多个可预定温度下发生校准、验证和/或调节。然而，在这种解决方案的情况下的缺点是需要单独的系统来用于校准和/或调节。
7.同样，已知在温度测量路径中集成参考电阻并相对于参考电阻实施比较测量，以便检测温度传感器与期望值的偏差。然而，在这种解决方案的情况下，不可能直接知道任何
特定温度传感器的效果。


技术实现要素：

8.从所提到的问题开始，本发明的目的是为本发明领域的设备中的温度监测提供简单且可靠的机会。
9.该目的通过如权利要求1中限定的设备以及通过如权利要求9中限定的方法来实现。
10.本发明的用于样品的热处理的设备包括基座单元，该基座单元具有用于接收至少一个样品载体的接收区域；温度控制块，该温度控制块布置在接收区域中；盖，该盖用于封闭接收区域，盖在应用位置被实现为在布置在温度控制块中的样品载体上施加可预定的按压力；温度传感器，用于记录温度控制块的温度，以及控制单元，用于将温度控制块加热和冷却到预定温度。
11.为了加热和冷却温度控制块，在许多情况下应用珀耳帖(peltier)元件。这些在现有技术中是充分公知的。然而，珀耳帖元件对于本发明不是绝对必要的。相反，可以使用用于加热和冷却温度控制块的所有已知装置。此外，应当注意到，本发明的设备可以利用一个或多个加热/冷却回路。例如，可以使用一个或多个珀耳帖元件，优选地每个加热/冷却回路可以使用至少一个珀耳帖元件。此外，在这种情况下，尤其有利的是，对于每个加热/冷却回路，使用和布置至少一个温度传感器，使得其记录加热/冷却回路的区域中的温度控制块的温度。然而，温度传感器的数量也可以多于或少于加热/冷却回路的数量。
12.至少一个温度传感器可以例如至少部分地布置在温度控制块的底板区域内，并且例如经由其内的孔引入温度控制块中。温度传感器例如是电阻元件或热电偶。
13.样品载体可以是单独的单个样品载体，也可以是微孔板，其包括多个单独的样品载体。
14.根据本发明，该设备进一步包括用于原位校准、验证和/或调节至少温度传感器的参考元件，该参考元件至少部分地由至少一种材料构成，材料在与用于校准第一温度传感器相关的温度范围内、在至少一个预定相变温度下具有至少一个相变，在该相变的情况下材料保持固态。在这方面，全面参考ep02612122b1。参考元件使得能够直接、精确和持久地监测温度传感器和温度控制块中的样品所暴露的温度。另外，为了校准和/或调节至少一个温度传感器，不再需要单独的校准系统。相反，校准和/或调节可以直接在设备中执行，并且在给定情况下，甚至在设备的正在进行的操作期间执行。
15.根据ehrenfest分类，其中材料保持固态的材料中的相变是例如至少二阶的相变。与一阶相变相反，在相变期间不放出潜热或仅放出可忽略量的潜热。当不释放潜热或仅释放可忽略量的潜热时，基本上且独立于所选择的相变分类，可以有利地确保在发生相变的时间点借助于温度传感器测量的温度不被破坏，尤其是不被释放的潜热破坏。
16.另外，在现有技术中显著更有用的相变分类中，仅区分不连续(一阶)和连续(二阶)相变[比较例如lexikon der physik,spektrum akademischer verlag,heidelberg,berlin,vol.4，标题为“und andere kritische”(相变和其他临界现象)]。在该分类的情况下，同样，例如，不同的铁电材料可以具有一阶以及二阶的相变两者，其中，在两种情况下，发生相变的材料在相变期间保持固态。
[0017]
优选地，至少部分地构成参考元件的材料是铁电材料、铁磁材料或超导体，尤其是高温超导体。因此，至少一个相变是从铁电状态到顺电状态的相变，反之亦然；从铁磁状态到顺磁状态的相变，反之亦然；或者从超导状态到正常导电状态的相变，反之亦然。相变温度因此是例如材料的居里温度或临界温度。
[0018]
对应相变包括热力学变量——诸如作为例如温度的函数的压力、体积、焓或熵——的二阶导数的不连续性。通常与相变相关联的是某个特定材料性质的变化，例如晶体结构的变化，或磁、电或介电性质的变化。对应材料特定特性对于所选择的参考元件是已知的，并且可以被考虑用于校准、验证和/或选择温度传感器。在这种情况下，至少一个参考元件可以具有一个或多个相变，尤其是所选材料的固态相变。每个相变发生在某个特性固定且持久的温度值下，使得原则上不需要考虑参考元件的漂移和/或老化效应。
[0019]
在实施例中，该设备因此包括电子器件，该电子器件被实现为基于材料的特性、物理或化学变量来确定相变，其中，至少一个特性、物理或化学变量优选地是材料的晶体结构、体积或介电、电或磁性质。
[0020]
优选实施例规定温度传感器和参考元件被引入到温度控制块中，尤其是被引入到温度控制块的底板区域中。例如，可以将一个或多个孔引入温度控制块中，其中布置有温度传感器和参考元件。
[0021]
在这种情况下，至少一个温度传感器和参考元件可以布置在温度控制块的相同或不同区域中。例如，当温度控制块设置有孔时，它们可以布置在相同的孔中或不同的孔中。
[0022]
因此，本发明的设备的实施例包括至少一个温度传感器和一个参考元件彼此相邻布置，使得温度传感器和参考元件暴露于基本上相同的温度。
[0023]
另一实施例包括存在至少两个温度传感器，该至少两个温度传感器被布置在温度控制块的不同区域中。以这种方式，尤其是可以查明温度控制块的温度分布。因此，例如，可以检测温度控制块的边缘区域中的温度是否与温度控制块的中间区域中的温度不同。
[0024]
本发明的设备的另一个实施例包括至少一个温度传感器具有与参考元件的可预定间隔。
[0025]
因此，对于所应用的温度传感器和参考元件的布置和数量，许多和大多数变型的实施例是可能的，并且所有这些都落入本发明的范围内。在附图中更详细地描述了一些尤其优选的布置。
[0026]
该设备优选是热循环仪、实时热循环仪、恒温振荡器或培养箱。然而，也可以使用用于热处理样品的其他设备，并且这些设备落入本发明的范围内。
[0027]
此外，通过根据所描述的实施例中的至少一个的用于操作本发明的设备的方法来实现本发明的目的。在这种情况下，该方法包括如下的方法步骤：
[0028]-尤其是基于参考元件的特性、物理或化学参考变量的、优选地作为时间的函数的变化，尤其是突然的变化，检测参考元件中的相变，
[0029]-查明已经发生相变的相变时间点，
[0030]-确定温度传感器在测量时间点处的温度的测量值，该测量时间点具有距相变时间点的最短时间长度，以及
[0031]-将温度的测量值与相变温度进行比较和/或在存在给定情况下确定温度测量值与相变温度之间的差。
[0032]
优选地，从至少一个温度传感器和参考元件获得的值——测量值和参考值——可以被记录为时间的函数。
[0033]
该方法的优选实施例规定，在检查模式中，温度控制块被加热或冷却，使得在参考元件中发生相变。因此，以超过或低于相变温度的方式加热或冷却温度控制块。然而，在设备的正在进行的操作期间执行该方法也是一个选择。
[0034]
在至少两个温度传感器的情况下，优选地对于每个温度传感器，执行其温度的测量值与相变温度的协调。
[0035]
该方法的另一个实施例包括查明温度测量值和相变温度之间的差是否超过预定极限值。当温度传感器被布置在距参考元件可预定的间隔处时，这可能是尤其有利的。然而，在基本上布置在参考元件的位置处的温度传感器的协调的情况下，提供可预定的极限值也是有意义的。
[0036]
在该方法的另一实施例中，基于温度测量值与相变温度之间的比较，执行温度传感器的状况监测。尤其是，在提供可预定极限值的情况下，当差值超过可预定极限值时，可以发出关于温度传感器的状况的信息。
[0037]
因此，另一优选实施例包括：基于温度测量值与相变温度之间的比较，执行温度传感器的校准、协调——尤其是调节、或验证。例如，在以电阻元件形式的温度传感器的情况下，可以适当地校正温度传感器的特性线。
[0038]
另一个尤其优选的实施例包括，基于温度测量值和相变温度之间的比较，设置设备的控制单元的加热或冷却功率。以这种方式，可以考虑在将样品载体引入温度控制块时所需的加热或冷却功率的变化。与温度控制块相比，具有至少一个样品的样品载体具有不同的热性质，这可以根据加热功率或冷却功率来影响温度控制块的温度。
[0039]
此外，盖对所测量的温度具有影响。因此，此外，有利的是，本发明的方法在盖相对于温度控制块的已知定位中执行，例如，当盖关闭时，即，位于应用位置。
[0040]
在此要注意的是，结合设备描述的实施例也可以加以必要的变更而应用于方法，反之亦然。
附图说明
[0041]
现在将基于附图更详细地解释本发明及其有利实施例，附图示出如下：
[0042]
图1是用于热处理样品的热循环仪形式的设备的示意图，
[0043]
图2是用于样品的温度控制的模块的两个透视图，该模块是设备的一部分，以及
[0044]
图3是具有用于检测样品载体的存在的检测单元的本发明的设备的三个截面图。
具体实施方式
[0045]
图1示出了以热循环仪形式的温度控制设备1的示意图。然而，本发明不限于以热循环仪形式的设备1，而是可以用于尤其是在实验室领域中用于样品的热处理的任何设备1。图1的设备1包括基座单元2和盖3。布置在基座单元2中的是利用温度控制块5的用于样品的温度控制的模块4。位于温度控制块5上方的区域被称为接收区域6，其中可以布置具有至少一个样品的至少一个样品载体7[未示出]。样品载体7可以是例如微孔板，其具有用作样品的反应容器的多个阱。
[0046]
温度控制块5由具有高热导率的材料制成，尤其是由金属制成，并且包括用于样品载体7的多个接收位置8。接收位置8布置在温度控制块5的平台区域上。然而，温度控制块5的这种实施例不是绝对需要的。相反，在其他实施例中，温度控制块5也可以在其平台区的区域中实现为平的，或者可能的接收位置8也可以具有除了图1所示的圆柱形接收位置8之外的其他几何形状。
[0047]
盖3包括盖板9，对于在这种情况下示出的实施例，盖板9是可加热的，并且当盖3位于应用位置时，盖板9贴靠在样品载体7上并且对布置在温度控制块5中的样品载体施加可预定的按压力。温度控制块5、样品载体7和盖板9在应用位置中彼此平行地定向。
[0048]
为了加热或冷却温度控制块5，设备1还包括控制单元14a，其可以布置在例如基座单元2中。在这种情况下，控制单元14a被实现为单独的单元。然而，它也可以是电子器件14的子部分，其可以执行除控制之外的其他功能。根据本发明，电子器件14还可以用于监测本发明的参考元件17的相变。
[0049]
用于样品的温度控制的模块4的详细视图在图2中以两个不同的视图示出。在图2a所示的视图中，接收位置8是圆柱形地实现的，并且尤其适合于容纳以微孔板形式的样品载体7。温度控制块5布置在盖框架10中，盖框架10暴露具有接收位置8的温度控制块5。位于温度控制块5下方的是具有温度控制元件12和散热器13的温度控制系统11。这在图2b的视图中尤其可见。散热器13被盖框架10覆盖。温度控制元件12可以包括例如热电元件，诸如例如珀耳帖元件。
[0050]
此外，在图2b的模块4的视图中，示出了延伸到温度控制块5中的是孔15，其中布置有温度传感器16。该温度传感器16用于记录温度控制块5的温度，并且与其相关联地记录样品载体7中的样品的温度。在这种情况下，温度传感器16布置在温度控制块5的底板区域中，即，布置在温度控制块5的背离接收位置8的区域中。多个温度传感器16也可以存在于温度控制块5中。
[0051]
根据本发明，此外，在温度控制块5中布置有参考元件17，其用于原位校准、验证和/或调节至少温度传感器16。参考元件17可以也放置在温度控制块5的孔15中，尤其是温度控制块5的底板区域的孔15中。
[0052]
在图3中通过示例，示出了用于一个或多个温度传感器16和参考元件17的三种可能和优选的布置。在每种情况下，示出了温度控制块的底板b的剖视图。在此示出的实施例的所有温度传感器16和参考元件17经由侧向孔15[未示出]放置在温度控制块中。然而，应当注意到，至少一个温度传感器16以及参考元件17也可以以其他方式引入温度控制块5中，这也落入本发明的范围内。
[0053]
在此所示的实施例的情况下，此外，借助于示例假设温度控制系统11由三个加热/冷却回路hk1-hk3形成，其中，每个加热/冷却回路hk1-hk3包括两个相邻的珀耳帖元件12a、12b。当然，温度传感器16和参考元件17的布置取决于温度控制系统11的实施例，并且不同的温度控制系统11可以不同地利用许多加热/冷却回路hk，并且加热/冷却回路不一定必须包含珀耳帖元件12a、12b。
[0054]
在图3a所示的视图中，温度传感器16a和参考元件在温度控制块5的底板b的中间区域中彼此直接邻接。它们位于第二加热/冷却回路hk2的区域中。然而，可选地，还可以设置其他温度传感器16b和16c。因此，在所示实施例的情况下，温度传感器16b和16c分别位于
第一第三加热/冷却回路hk1和第三加热/冷却回路hk3的区域中。因此，温度传感器16a-16c存在于加热/冷却回路hk1-hk3的每一个中。以这种方式，可以在温度控制块5的底板b中和针对底板b创建温度分布。
[0055]
相比之下，在图3b的实施例中，设置了六个温度传感器16a-16f和参考元件17，并且在图3c的实施例中，九个温度传感器16a-16i和参考元件17布置在底板f的区域中。在每种情况下，参考元件17连同温度传感器16中的所利用的一个被布置(图3b:16e；图3c:16h)。然而，独立于温度传感器16地布置参考元件17同样是一种选择。同样地，使用多个参考元件17是一个选择，在每种情况下，参考元件17可以布置成与温度传感器16相邻或间隔开。
[0056]
参考符号
[0057]
1 用于样品的热处理的设备
[0058]
2 基座单元
[0059]
3 盖
[0060]
4 用于样品的温度控制的模块
[0061]
5 温度控制块
[0062]
6 接收区域
[0063]
7 样品载体
[0064]
8 接收位置
[0065]
9 盖板
[0066]
10 盖框架
[0067]
11 温度控制系统
[0068]
12 珀耳帖单元
[0069]
13 散热片
[0070]
14 电子仪器；14a控制单元
[0071]
15 孔
[0072]
16 温度传感器
[0073]
17 参考元件
[0074]
b 温度控制块的底板。