調節生物樣品和/或化學樣品溫度的裝置及其使用方法

2023-06-26 21:55:16 3

專利名稱：：調節生物樣品和/或化學樣品溫度的裝置及其使用方法
技術領域：
：本發明涉及一種用於調節生物樣品和/或化學樣品的溫度的裝置，特別是調節處於液滴中的樣品的溫度的裝置。
背景技術：
：很多診斷、分析和製備過程包括受溫度變化影響的步驟。為獲得可再現且準確的結果，需要持續控制反應混合物(例如樣品)的溫度，並保持各反應混合物內溫度均一。另外，許多診斷、分析和製備過程均依賴酶，所述酶在特定溫度下能顯示出最佳性能。為獲得精確的溫度控制，通常需要提供反應混合物與加熱或冷卻元件之間的緊密接觸。同時需要避免不同反應混合物(例如樣品)之間的交叉汙染。控制加熱以及保持溫度均一在過程中尤為重要，該過程的一個例子是利用聚合酶鏈反應(PCR)進行的核酸體外擴增。通常PCR過程是熱循環過程，其中基本循環可分為三步(a)在約9094。C下分離DNA雙鏈；(b)冷卻到約5070°C，使特定引物結合到單鏈DNA而復性(退火)；以及(c)升溫到約7080。C，使用熱穩定的DNA聚合酶使引物延伸(延伸)。PCR反應中的溫度控制通常通過反饋電路系統來實現，而溫度均一則通過導熱高、塊材(例如銅)來獲得。除控制溫度和保持樣品內溫度均一外，提供至少為5K/s(-5K/s)的加熱(冷卻)速率的樣品也是很重要的。利用受最大耗散功率和熱容限制的比例-積分-微分(PID)控制系統來實現高加熱速率。很難獲得高冷卻速率，並且大體積系統需要通過熱電元件(TEC，通常稱作Peltier元件)或其它方式(例如水)來強制冷卻。這些設備複雜且能耗大。因為系統體積大，所以它們的熱時間常數以分鐘計而不是以秒計。這導致PCR反應的轉變時間變長，並且產生了不必要的副產物。高能耗還使製造電池控制式和可攜式PCR系統變得不可能。此外，反應6管很大並且PCR混合液的所需量使得整個過程成本很高。而且，還必須離線(即，使用另一設備)檢測PCR產物，由此產生額外成本。雖然目前用於進行PCR反應的系統允許同時運行多個樣品，但是它們不允許單獨控制不同樣品的溫度。因此當需要將樣品放置在各種溫度循環條件下時，必須並行使用幾個系統。因此需要提供一種在PCR期間能同時單獨處理樣品的裝置。化學、製藥學和生物
技術領域：
的設備小型化導致了微流體設備和微陣列的發展。因此，微PCR法(pPCR)得到發展，並有望成為晶片實驗室或微全分析系統(pTAS)的核心部分。可確定兩種基本方法，一種是使溫度循環的固定式系統，另一種是具有三個不同溫度區的流動式系統。為了改變PCR溶液的溫度，固定式系統使反應室的溫度進行循環。它們不需要運送PCR樣品的泵壓系統或其它方式。流動式系統通常具有三個恆溫區，樣品在此三個區之間移動並因此改變溫度。雖然流動式系統比固定式系統快，但是流動式系統需要具有在不同溫度區之間執行運送的機械裝置。在每種情況下，都是加熱器與PCR系統整合，在僅僅完成一次測試後便丟棄設備以避免交叉汙染是不經濟的。固定式微PCR法近期的例子使用了平板晶片設備和虛擬反應室(VRC)的構成。VRC是通過用油包水基樣品製成的(Guttenberg,Z.等人，LabChip,2005,5,308-317)。由於不需要實體的蓋或微通道，因此設備製造只包括將薄膜加熱器和溫度傳感器沉積和印製在適當的基底上。然而各個裝置對於一次性系統來說仍過於昂貴。小型化所產生的另一個挑戰是樣品之間交叉汙染的風險。避免這種交叉汙染的最安全方法是使用一次性系統。至少與樣品接觸的設備部件應該是一次性的。迄今為止，已經提出了很多不同的系統。但這些系統通常不能滿足上面列出的所有要求，並且它們相對比較昂貴。美國專利6,509,186中已公開具有由塑料片材製成的一次性部件的方法。通過熱壓可形成一套孔板，並將整套孔板放置在加熱器上。該系統使用了相對複雜的微製作工藝，並且需要定製一次性板。因此，仍需要製造具有下述特點的]iPCR，該iiPCR簡單、易於操作、並且價格便宜足以實現一次性。非常需要能任意整合為完整的^TAS系統的能力。因此，本發明的一個目的是提供一種用於調節化學樣品和/或生物樣品溫度的裝置和方法，所述裝置和方法能避免上述這些缺點。
發明內容本發明的一個方面是提供一種用於調節化學樣品和/或生物樣品溫度的裝置。所述裝置包括至少一個溫度控制模塊。所述溫度控制模塊包括加熱器、熱導體和溫度傳感器。所述溫度控制模塊的加熱器用於通過熱導體與其上放置所述化學樣品和/或生物樣品的可移動基底進行熱交換。所述溫度控制模塊的溫度傳感器用於通過熱導體檢測和控制所述基底的溫度。所述裝置被設計成使所述基底位於所述溫度控制模塊之上以完全覆蓋所述溫度控制模塊。本發明的另一方面是提供一種調節化學樣品和/或生物樣品溫度的方法。所述方法包括提供一種用於調節化學樣品和/或生物樣品溫度的裝置。所述裝置包括至少一個溫度控制模塊。所述溫度控制模塊包括加熱器、熱導體和溫度傳感器。所述溫度控制模塊的加熱器用於通過熱導體與其上放置所述化學樣品和/或生物樣品的可移動基底進行熱交換。所述溫度控制模塊的溫度傳感器用於通過熱導體檢測和控制所述基底的溫度。所述裝置被設計成使所述基底位於所述溫度控制模塊之上以完全覆蓋所述溫度控制模塊。所述方法還包括設定用於加熱化學樣品和/或生物樣品的溫度值。所述方法還包括通過溫度傳感器測量熱導體的溫度。所述方法還包括只要所測溫度低於所設定的溫度值，就向所述熱導體供熱，由此加熱所述基底及所述化學樣品和/或生物樣品。考慮不受本發明限制的實施例及附圖，並參照說明書中的詳細描述，可以更好地理解本發明，其中圖1示出了本發明裝置的實施方式的照片。溫度控制模塊焊接於印刷電路板(PCB)。在溫度控制模塊上有作為基底的正方形載玻片。樣品以液滴的形式放置在基底上。圖2是圖1所示的本發明裝置的另一張照片。溫度控制模塊(8)焊接於印刷電路板(PCB)。可以將可移動基底放置在該裝置上。基底(還可參照圖1)完全覆蓋溫度控制模塊。圖3A示出了本發明裝置的溫度控制模塊實施方式的剖面示意圖，所述溫度控制模塊由可移動基底(1)覆蓋，樣品(2)位於可移動基底(1)上。基底(1)與熱導體(3)接觸，熱導體(3)依次與多個加熱器(4)以及傳感器(5)接觸。圖3B示出了溫度控制模塊的另一實施方式的剖面示意圖。樣品為液滴，所述液滴包括內相(6)和外相(7)。基底(1)與同心熱導體(3)接觸，所述同心熱導體(3)依次與同心加熱器(4)和同心傳感器(5)接觸。圖4示出了本發明裝置的溫度控制模塊的另一實施方式的示意圖，詳見下文。加熱器(4)和傳感器(5)彼此同心，加熱器(4)包圍傳感器(5)。熱導體(3)包括通過連接件(10)連接的兩個同心部分和一定長度的杆狀部分(9)。圖5示出了溫度控制模塊的排列，其中成對的溫度控制模塊在與其上放置所述樣品的基底平面基本平行的平面內彼此相對放置。成對的溫度控制模塊全部(圖5A、圖5C)或部分(圖5B、圖5D、圖5E)可以如反像一樣彼此相對。圖5F示出了成對的溫度控制模塊以不同於180。的角度彼此相對的實施方式。圖6A示出了使用ANSYS軟體進行有限元分析(FEA)的結果，該結果表明上述四個溫度控制模塊溫度分別達到55°C(右)、72°C(上)、72°C(左)和94。C(下)的溫度均一性。圖6B示出了圖6A所示的本發明裝置的實施方式的紅外圖像，所述裝置包括焊接於PCB的四個加熱元件實施方式。圖6C示出了沿著圖6B中a…a'線的溫度輪廓線。溫度控制模塊之上的溫度偏差在土0.5。C內。圖7示出了本發明裝置的單通道溫度控制模塊的電路示意圖。加熱器(4)和傳感器(5)是溫度控制模塊的一部分，而將其它設備位於外部的印刷電路板。圖8示出了使用本發明的裝置和方法，PCR期間的溫度/時間輪廓線。當受PID系統控制時，加熱顯著更快，溫度從94。C降低到54。C僅需2秒。圖9示出了在示例性的PCR循環期間，由本發明裝置檢測的相對於時間的螢光信號。通過用72°C時的螢光信號(第一個箭頭)減去94。C時的螢光信號(第二個箭頭)，可繪出圖IO所示的實時數據點。圖10示出了在50個PCR循環期間由本發明裝置檢測的相對於時間的螢光信號。實時數據點通過用72。C時的螢光信號(圖9中的第一個箭頭)減去94。C時的螢光信號(圖9中的第二個箭頭)來獲得。本實施例中的循環閾值約為25。圖ll示出了使用本發明的裝置和方法獲得的微PCR斜率(畫，粗線)與使用MJResearch,Inc.的商購系統獲得的結果(，細線)的對比圖。圖12示出了拷貝數為10000的歸一化的螢光信號(■)與循環次數的曲線圖，用sigmoid函數進行擬合(線)。圖13示出了由熔解曲線分析得到的螢光信號以及由sigmoid函數得到的近似值(參照下述實施例)，該sigmoid函數為測量數據(在下曲線，粗線)和sigmoid函數(在下曲線，細線)不易區分，表明所得PCR產物的純度。在上曲線示出了其導數的負值。圖14示出了毛細管電泳的流出曲線。該結果證實了PCR產物的純度。具體實施例方式10本發明提供一種用於調節生物樣品和/或化學樣品溫度的方法。所述方法用於任何樣品，特別是例如液滴等液體形式的樣品(參照下文)。樣品可以是任何來源。它可以來源於例如人、非人類動物、植物、細菌、病毒、孢子、真菌或原生動物、或來源於合成原料或生物原料的有機或無機材料，但不限於此。因此，選自下列任何樣品，所述樣品選自土壤樣品、空氣樣品、環境樣品、細胞培養物樣品、骨髓樣品、降雨樣品、沉降物樣品、汙水樣品、地下水樣品、磨蝕樣品(abrasionsample)、考古學樣品、食物樣品、血液樣品、血清樣品、血漿樣品、尿樣品、糞便樣品、精液樣品、淋巴液樣品、腦脊髓液樣品、鼻咽清洗樣品、痰液樣品、口腔抹片樣品、咽喉抹片樣品、鼻抹片樣品、支氣管肺泡灌洗樣品、支氣管分泌物樣品、乳樣品、羊水樣品、活組織檢査樣品、癌樣品、腫瘤樣品、組織樣品、細胞樣品、細胞培養物樣品、細胞裂解液樣品、病毒培養物樣品、指甲樣品、毛髮樣品、皮膚樣品、法醫樣品、感染樣品、醫院感染樣品、產品樣品、藥物製劑樣品、生物分子製備樣品、蛋白製劑樣品、脂質製劑樣品、碳水化合物製劑樣品、太空樣品、地球外樣品或其任意組合，但不限於此。若有需要，可將各樣品預處理到任意程度。一個示例是，在用於本發明的設備之前，組織樣品可以被消化、勻漿或離心。所述樣品還可以製備成流體形式例如溶液。這些例子包括如下物質的溶液或漿液核苷酸、多聚核苷酸、核酸、肽、多肽、胺基酸、蛋白質、合成聚合物、生化組合物、有機化學組合物、無機化學組合物、金屬、脂質、碳水化合物、組合化學產物、候選藥物分子、藥物分子、藥物代謝物或其任意組合，但不限於此。進一步的例子包括金屬懸浮液、合金懸浮液及金屬離子溶液或其任意組合，以及細胞懸浮液、病毒懸浮液、微生物懸浮液、病原體懸浮液、放射性化合物的懸浮液或其任意組合，但不限於此。可以理解的是，樣品還可包括前述例子的任意組合。通常但非必需，所述樣品包括或希望包括目標物或其前體物。例如目標物可以是添加或包含在樣品中的細胞或分子，優選將目標物進行加熱。另一個例子是，目標物可以是已知的化合物或是理論上通過化學方法由前體化合物可獲得的化合物，所述化學方法在升高溫度時發生。在這種情況下，所述樣品可包括例如所述前體化合物的溶液。因此，目標物或其前體物可具有任何性質。所述物質的例子包括核苷酸、寡核苷酸、多聚核苷酸、核酸、肽、多肽、胺基酸、蛋白質、合成聚合物、生化組合物、有機化學組合物、無機化學組合物、脂質、碳水化合物、組合化學產物、候選藥物分子、藥物分子、藥物代謝物、細胞、病毒、微生物或其任意組合，但不限於此。在目標物例如是蛋白質、多肽、肽、核酸、多聚核苷酸或寡核苷酸的實施方式中，所述目標物可含有親和標籤。親和標籤的例子包括生物素、二硝基酚或毛地黃毒苷，但不限於此。對於目標物是蛋白質、多肽或肽的情況，親和標籤進一步的例子包括寡聚組氨酸、多聚組氨酸、免疫球蛋白結構域、麥芽糖結合蛋白、穀胱甘肽S轉移酶(GST)、鈣調蛋白結合肽(CBP)、FLAG'-肽、T7抗原決定簇(Ala-Ser-Met-Thr-Gly-Gly-Gln-Gln曙Met-Gly)、麥芽糖結合蛋白(MBP)、單純皰疹病毒糖蛋白D的序列Gln-Pro-Glu-Leu-Ala-Pro-Glu-Asp-Pro-Glu-Asp的HSV抗原決定簇、序列Tyr-Pro-Tyr-Asp-Val-Pro-Asp-Tyr-Ala的紅血球凝集素(HA)抗原決定簇和序列Glu-Gln-Lys-Leu-Ile-Ser-Glu-Glu-Asp-Leu的轉錄因子c-myc的"myc"抗原決定簇，但不限於此。對於目標物是核酸、多聚核苷酸或寡核苷酸的情況，親和標籤還可以是寡核苷酸標籤。所述寡核苷酸標籤例如可以用互補序列與固定化的寡核苷酸雜交。各親和標籤可位於目標物內或連接於目標物的任何部位。一個示例是，可操作地將親和標籤融合到前述任意示例性蛋白質的氨基端或羧基端。本發明的裝置包括至少一個溫度控制模塊。有些實施方式中，該裝置包括至少兩個溫度控制模塊。另外一些實施方式中，該裝置包括多個溫度控制模塊。當該裝置包括一個以上的溫度控制模塊時，它們通常彼此絕熱。這種絕熱通過用導熱性差的材料(例如塑料、木材、玻璃、石英、水、空氣或陶瓷等)將溫度控制模塊隔開來實現。有些實施方式中，通過空氣絕熱很有利，因為設備中可不引入另外的材料。若需要，該裝置還可包括另一種溫度控制方式，例如冷卻模塊。作為附加方式或替代方式，溫度控制模塊可包括冷卻器，該冷卻器例如能用於與熱導體進行熱交換。在許多實施方式中，當需要在約等於或高於室溫的溫度下處理樣品時，沒有冷卻器也可方便地使樣品從較高溫度冷卻到較低溫度，例如從94°C降到55°C。可以很容易地將本發明的裝置設計成可從熱導體和樣品散熱以提供快速的冷卻速率(例如參照圖8)。溫度控制模塊、或多個溫度控制模塊中的至少一個、以及有些實施方式中這些溫度控制模塊的每一個均基於包括加熱器和溫度傳感器的直接加熱系統。所述加熱系統還包括熱導體。加熱器用於與熱導體進行熱交換，因此能加熱該熱導體。作為一個示例，加熱器可與熱導體接觸。在溫度傳感器的控制下，加熱器能將熱導體加熱到所需溫度並/或將熱導體保持在所需溫度值。另外，如下所述，使加熱器欲加熱的熱導體的溫度值降低，通常能有效地達到降低熱導體溫度的目的，可將其定義為"冷卻"。通常將溫度傳感器設置成例如通過直接接觸能與熱導體進行熱交換。熱導體可由能夠導熱的任何材料製成。熱導體例如可包括金屬、半導體、金剛石、碳納米管或富勒烯化合物。適宜的金屬的例子包括銀、銅、鋁、鋅、金、鈦、鐵、鉛、鎳、銥和鎘，但不限於此。適宜的半導體的兩個示例是矽和鍺。熱導體的兩個典型例子是熱導率分別為410Wm"K"禾B157Wrr^K-1的銀和矽。加熱器、傳感器和熱導體可以為任何形狀並且可以相對於彼此以任意取向進行設置。有些實施方式中，將加熱器和熱導體設置在熱導體的同一表面上(還可參照下文)。這些實施方式的有些方案中，將加熱器和傳感器設置為彼此直接相鄰。本發明的裝置還能容納可移動基底。當將基底放置在本發明的裝置上時，該裝置會由此用作例如培養箱。如下所述，該裝置還可用作反應器。能適合本發明裝置容納的基底可由任意所需材料製成。通常，所述材料至少在某種程度上能夠導熱。這類例子包括矽、玻璃和塑料，但不限於此。還可優選選擇由不與樣品發生不希望的反應的材料形成的基底。同樣可優選選擇由這樣的材料形成的基底，所述材料由不影響、延遲或阻止在樣品內發生所需反應或不影響、延遲或阻止與樣品發生所需反應。一個示例是，已知矽(但不是氧化矽或氧氮化矽)抑制PCR反應。只要本發明的裝置能容納基底，該基底可以具有任何形狀和幾何結13構。所述形狀例如可以是凹圓形或凸圓形。一個實施方式中，所述至少一個表面基本上是平的。若需要，基底可包括孔。該孔例如可通過蝕刻或雷射鑽孔獲得。有些實施方式中，所述基底可容納於裝置的腔內。為了進行所需過程或阻止不希望的反應發生，可優選選擇基底的材料和/或形狀。有些實施方式中，可優選選擇例如有助於使樣品鋪展以提供與表面具有最大接觸並有助於快速加熱的材料。而其它實施方式中，為了阻止液體蒸發，可優選向樣品提供例如低的浸潤性。有些實施方式中，可以提供基底材料組成不同於基底其餘部分材組成的表面。有些實施方式中，可以對基底表面進行修飾。例如，當樣品是親水性液體或包含在親水性液體(例如水溶液)中時，若需要獲得最小的鋪展和蒸發，則基底可以是疏水性的或親油性的。有些實施方式中，各疏水性基底可選自聚矽氧垸、塑料、表面修飾的玻璃、表面修飾的石英、表面修飾的金屬及其複合材料。通常通過處理來改變固體表面性質從而獲得表面修飾。所述處理可包括各種方式，例如機械方式、熱方式、電學方式或化學方式等。一個例子是，塑料材料表面通過用稀鹽酸或稀硝酸處理可變成親水性的。另一個例子是，通過氧或空氣等離子體的氧化可使聚二甲基矽氧烷(PDMS)表面變成親水性的。如Kim等(2003ECIConferenceonHeatExchangerFoulingandCleaning:FundamentalsandApplications[2003]，Vol.RPl，107114)所記載，在反應氣體存在下，通過離子輻射也可使疏水性聚合物(例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯)的表面變成親水性的。通過將矽浸入H20/H202/NH4OH中，可使其變成親水性的。此外，通過塗敷親水性聚合物或通過使用表面活性劑處理，任何疏水性表面的表面性質均可變成親水性的。化學表面處理的例子包括與下列物質接觸，這些物質包括六甲基二矽氮垸、三甲基氯矽烷、二甲基二氯矽垸、丙基三氯矽垸、四乙氧基矽院、環氧丙氧基丙基三甲氧基矽垸、3-氨基丙基三乙氧基矽垸、2-(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、3-(2，3-環氧基丙氧基)丙基三甲氧基矽垸、聚二甲基矽氧烷(PDMS)、，(3,4-環氧基環己基)乙基三甲氧基矽烷、聚(甲基丙烯酸甲酯)或聚甲基丙烯酸酯共聚物、氨基甲酸乙酯、聚氨基甲酸乙酯、氟代聚丙烯酸酯、聚(甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯)、聚(二甲基丙烯醯胺)、聚[N-(2-羥丙基)甲基丙烯醯胺](PHPMA)、a-磷酸膽鹼-鄰-(N,N-二乙基二硫代氨基甲醯基)十一垸基寡(N,N-二甲基丙烯醯胺)-寡-ST嵌段共寡聚物(oligoDMAAm-oligo-STblockco-oligomer)(參照例如Matsuda，T等，Biomaterials，(2003)，24，4517-4527)、聚(3,4-環氧基-l-丁烯)、3,4-環氧基-環己基甲基丙烯酸甲酯、2,2-雙[4-(2，3-環氧基丙氧基)苯基]丙烷、3,4-環氧基-甲基丙烯酸環己酯、(3'，4'-環氧基環己基甲基)-3,4-環氧基環己基甲酸酯、己二酸二-(3,4-環氧基環己基甲基)酯、雙酚A(2,2-雙-(對-(2，3-環氧基丙氧基)苯基)丙垸)或2,3-環氧基-1-丙醇。將化學樣品和/或生物樣品放置在基底上。當所選的基底材料是導熱性相對較差的材料時(包括具有相當絕緣性能的材料)，基底可具有較薄的厚度。兩個示例是，可使用玻璃片或矽橡膠薄墊。圖3A和3B示出了薄的可移動基底的兩個示例。當將可移動基底放置在本發明裝置上時，它能與熱導體進行熱交換。加熱器用於通過熱導體與基底進行熱交換。同樣，溫度傳感器用於通過熱導體來檢測和控制基底的溫度。因此，在溫度傳感器的控制下，加熱器能將基底加熱到所需溫度並/或將基底保持在所需溫度值。在圖3A和3B所示的那些實施方式中，例如儘管玻璃或橡膠基底是導熱性差的導體，但它們也適合將熱從熱導體傳到樣品。有些實施方式中，除了絕熱外，選擇低導熱性的基底也是有利的，因為這可以提供使一個溫度控制元件與另一個溫度控制元件的隔絕熱的另一方式。將本發明的裝置設計為將可移動基底位於所述溫度控制模塊之上的方式。本文所用的術語"之上"和"之下"，是指將本發明的裝置以下述方式保持在一個位置，即將基底放置在所述裝置上，並且一旦放置在該裝置上，單靠重力就能夠確保該基底的穩定。在此位置，通常可將裝置放置在平的表面上。有些實施方式中，在此位置，加熱器位於熱導體之下。有些實施方式中，加熱器和傳感器均位於熱導體之下。有些實施方式中，加熱器包括表面，所述表面設置成與可移動基底平面基本平行，在該可移動基底平面上放置樣品。有些實施方式中，加熱器包括表面，所述表面設置成與基底平面基本平行，在該基底15平面上放置樣品。有些實施方式中，加熱器和傳感器均包括表面，所述表面設置成與基底平面基本平行，在該基底平面上放置樣品。這些實施方式的有些方案中，加熱器和傳感器均包括設置在共同平面內的表面。該共同平面與基底平面基本平行，在該基底平面上放置樣品。這些實施方式的任意一個中，加熱器、傳感器或兩者可位於熱導體之下。這些實施方式的任意一個中，特別是對於加熱器和傳感器均包括設置在共同平面內的表面的實施方式，加熱器或傳感器可以是同心的。有些實施方式中，加熱器和傳感器均為同心的。加熱器和傳感器中的一個或兩個或其一部分，例如可以是空心圓環、空心矩形、空心三角形、空心正方形或任意空心的或任意寡面體(oligoedron)的形狀(例如參照圖5的例子)。例如Guttenberg等已公開了包含正方形元件的溫度控制模塊(參照下文)。這些實施方式的一個中，加熱器和傳感器均為同心，並且加熱器包圍傳感器。另一實施方式中，加熱器和傳感器均為同心，並且傳感器包圍加熱器。一個實施方式中，如圖3B中的剖面圖所示，加熱器和傳感器均為同心，並且設置在同心的熱導體之下。應該注意的是，所述實施方式中，加熱器、傳感器和熱導體包括中空區，從而使它們均各自成對出現。有些實施方式中，熱導體或其一部分具有用於與傳感器和/或加熱器形狀相配的形狀。當傳感器和加熱器例如是具有空心的同心正方形或同心圓形時，熱導體可以為相應的具有空心的同心正方形或同心圓形的形狀。當熱導體的一部分用於與傳感器和/或加熱器的形狀相配時，它可包括具有任意所需形狀的其它附加部分。一個示例是，它可包括杆狀部分。例如當用於與傳感器和/或加熱器形狀相配的熱導體的一部分具有圓形輪廓時，熱導體可以是圓環形狀。圖4示出了示例性實施方式，其中熱導體包括由連接件連接的兩個同心部分。這些同心部分的內部與同心傳感器和同心加熱器直接接觸，加熱器包圍傳感器。熱導體還包括杆狀部分。因此它為雙圓環形。導熱性取決於熱導體的材料、杆狀部分的長度和同心部分的截面。熱容取決於雙圓環體積(參照圖4)和樣品體積。在所述裝置包括一個以上溫度控制模塊的實施方式中，每個溫度控制模塊均可包括設置在共同平面內的表面。該共同平面可與基底平面基本平行，在該基底平面上放置樣品。這些實施方式的有些方案中，尤其是當加熱元件具有相同尺寸時，還可將溫度控制模塊作為整體設置為位於共同平面內。這些實施方式中的任意一個中(例如當至少兩個溫度控制模塊均包括設置在共同平面內的表面時)，溫度控制模塊可以在各平面(例如與基底平面基本平行的平面)內彼此相對。如圖5所示，裝置例如可包括兩對、三對、四對、五對或更多對溫度控制模塊。每對中的兩個溫度控制模塊可在與基底平面(即放置樣品的平面)基本平行的平面內彼此相對。例如圖2示出了(還可參照圖5)各排列的一個例子。圖1示出了用蓋玻片作為基底並將樣品放置在其上的相應設置。圖1所示樣品是每個體積為lpl的水基液滴，並直接放置在溫度控制模塊之上的基底上，所述溫度控制模塊位於基底的另一面上。所示出的實施方式中的水滴用5pl礦物油覆蓋。例如如圖5E和圖5F所示，可以成行設置溫度控制元件，類似於例如多孔板上孔的排列。將這樣的幾行組合起來可提供具有例如32個、48個或96個可單獨控制的溫度控制元件的裝置。因此，本發明的裝置可用於在多孔的格局中進行各自的生物和/或化學反應(還可參照下文)，由此顯著推進了本領域的現狀，目前本領域的現狀只允許對多元檢測的所有樣品施加共同的溫度輪廓線。還可按照可移動基底完全覆蓋溫度控制模塊的方式設計本發明的裝置。在該裝置包括一個以上溫度控制模塊的實施方式中，可移動基底可以完全覆蓋該裝置所有的溫度控制模塊。本發明還提供一種調節化學樣品和/或生物樣品溫度的方法，所述樣品例如是包含在液滴中的樣品。所述方法包括提供如上所述的裝置。所述方法還包括提供用於加熱所述化學樣品和/或生物樣品的預設溫度值。例如可以將該溫度值儲存在與加熱器相連接的外部設備內。所述方法還包括通過溫度傳感器測量熱導體的溫度。例如可將所測溫度值傳到外部設備，在該外部設備中，將所測溫度與預設溫度值進行比較。此外，所述方法還包括只要所測溫度低於所設定的溫度值，則通過加熱器向熱導體供熱。由此加熱基底及化學樣品和/或生物樣品。此外，可選擇一個以上的預設溫度值，而且可以使時間段與各個溫度值相關聯。因此，可提前設定預定的具有任意所需長度的加熱與不加熱的時間間隔的時間表，隨後使用本發明的方法來實施。一個示例是，使用本發明的方法可實施如上所述的PCR循環過程(還可參照以下實施例)(還可參照圖8)。應該理解的是，還可選擇時間間隔，在該時間間隔期間，溫度逐漸升高或降低。可通過例如隨時間逐漸增大或降低預設溫度值(並因此增大或降低進行的供熱)來實現時間間隔的選擇。如上所示，有些實施方式中，本發明的裝置包括一個以上溫度控制模塊。因此，各裝置均可用於本發明的方法中。這些實施方式的有些方案中，該裝置的溫度控制模塊彼此絕熱(參照上文)。這些實施方式中，可在裝置的每個溫度控制模塊處設定用於加熱化學樣品和/或生物樣品的各自的溫度值。因此，這些實施方式中，本發明的方法可包括為每個溫度控制模塊設定各自的溫度值。如上所述，通常設定用於加熱化學樣品和/或生物樣品的溫度值，可將所述樣品放置在各溫度控制模塊之上的基底上。因此，可選擇多個樣品，使用同一裝置單獨、同時、或在重疊時間範圍內對其進行加熱。因此，對任何所需數量的這些樣品(例如對各個樣品和每個樣品)，可提供各自的加熱和/或不加熱的時間間隔。使用包括至少兩個彼此絕熱的溫度控制模塊的裝置的實施方式中，還可單獨測量每個溫度控制模塊的熱導體的溫度。該測量通常通過各溫度控制模塊的溫度傳感器進行。這些實施方式中，本發明的方法還可包括只要所測溫度低於所設定的溫度值，則向每個溫度控制模塊的熱導體單獨供熱。由此對每個基底單獨進行加熱，結果也對放置在其上的化學樣品和/或生物樣品單獨進行加熱。因而，對於每個溫度控制模塊，可以獨立選擇一個以上的不同於任何其它溫度控制模塊的預設溫度值，並且各個時間段可與每個溫度控制模塊的各個溫度值相關聯。因此，使用本發明的方法，可以在每個溫度控制模塊處單獨執行預定的具有任意所需長度的加熱與不加熱的時間間隔的時間表。一個示例是，在同一裝置的多個溫度控制模塊上可進行獨立的PCR循環過程。18提供所述裝置的本發明方法的有些實施方式中，包括提供基底。將可容納於裝置的基底(如前所述)放置在溫度控制模塊之上，以使該基底完全覆蓋所述溫度控制模塊。提供裝置還可包括提供化學樣品和/或生物樣品，並將所述樣品放置在基底上。可以任何方式提供樣品。一個示例是，當樣品是液滴時，通過移液管或自動分配器可將樣品分配到基底上。如上所示，樣品可以是液滴或將樣品包含在液滴中。有些實施方式中，本發明的方法包括提供各液滴。只要液滴能放置在基底上，那麼該液滴可以具有任意所需的體積。因此，加熱模塊可選擇具有相應的尺寸。設計用於加熱液滴的溫度控制模塊例如可為幾毫米或為微米級或納米級的尺寸。若需要，即便在包括許多溫度控制模塊的實施方式中，本發明的裝置也可以是可攜式的裝置。液滴可包括其它物質，例如磁吸性物質等。一個示例是，有些實施方式中，磁吸性粒子可包含在液滴中。這些粒子能夠吸引目標物。有些實施方式中，可將磁吸性粒子功能化為對目標物具有特異親和力從而捕獲目標物，因此將其作為一種結合方式。有些實施方式中，液滴包括內相和外相，其中外相例如作為膜包圍內相。這些實施方式中，外相的液體通常與內相的液體不混溶。各相可使用任何液體。當液滴包含不混溶的兩相時，一相通常由極性液體(例如水、乙醇、丙酮、N,N-二甲基-甲醯胺或硝基甲垸)形成，而另一相由非極性液體(例如苯、己烷、二噁烷、四氫呋喃或乙醚等)形成。樣品可以與其它物質混合，所述的其它物質例如溶解於樣品中或懸浮於樣品中，或例如在同一液體中與樣品一起被提供。一個示例是，含水樣品可包括一種或多種緩衝化合物。本領域使用了很多緩衝化合物，也可以用它們進行本文所述的各種處理。緩衝劑的例子包括下列鹽溶液，即磷酸鹽、碳酸鹽、琥珀酸鹽、檸檬酸鹽、乙酸鹽、甲酸鹽、巴比妥酸鹽、草酸鹽、乳酸鹽、鄰苯二甲酸鹽、馬來酸鹽、卡可酸鹽、硼酸鹽、N-(2-乙醯氨基)-2-氨基-乙垸磺酸酯(也稱為ACES)、N-(2-羥乙基)-吡嗪-N'-2-乙烷磺酸(也稱為HEPES)、4-(2-羥乙基)-l-吡嗪-丙垸磺酸(也稱為HEPPS)、吡嗪-l,4-雙(2-乙烷磺酸)(也稱為PIPES)、2-[三(羥甲基)-甲基氨基]-l-乙垸磺酸(也稱為TES)、2-環己基氨基-乙烷磺酸(也稱為CHES)及N-(2-乙醯氨基)-亞氨基二乙酸鹽(也稱為ADA),但不限於此。任何反離子均可以用於這些鹽；示例可以是銨、鈉及鉀。緩衝劑的其它例子包括三乙醇胺、二乙醇胺、乙基胺、三乙基胺、氨基乙酸、甘氨醯甘氨酸、組氨酸、三(羥甲基)氨基甲垸(也稱為TRIS)、雙(2-羥乙基)-亞氨基-三(羥甲基)甲烷(也稱為雙TRIS)及N-[三(羥甲基)-甲基]-氨基乙酸(也稱為TRICINE)，僅舉幾個為例，並不限於此。緩衝劑可以是這些緩衝化合物的水溶液或適宜的極性有機溶劑的溶液。流體滴的相中所包含物質的其它例子包括進行化學或生物處理所用的試劑、催化劑和反應物，但不限於此。一個示例是，為保持細胞或蛋白質處於完整狀態，可以加入鹽、底物或洗滌劑。另一個示例是，可需要螯合化合物例如來防止有機體接觸痕量的其它有毒鹽或提高化學反應收率。可以作為樣品添加劑的另一個例子包括磁吸性粒子(如上所述)。從上述可以理解的是，該添加的物質可包括在液滴中。當液滴包括一個以上的相時，該物質例如可包括在與樣品同樣的相中或包括在不同的相中。有些實施方式中，加熱生物樣品可以引發、恢復或中止過程的加速。因此，有些實施方式中，加熱各樣品的方法包括進行生物和/或化學處理。各處理的一個示例是化學反應。化學反應的例子包括化學合成、化學降解、酶催化合成、酶催化降解、化學修飾、酶催化修飾、與結合分子的相互作用以及其任意組合，但不限於此。酶催化合成的例子包括蛋白合成、核酸合成、肽合成、藥物化合物合成以及其任意組合，但不限於此。可使用附加的設備協助或監測該處理。各種光學檢測系統的使用(例如光電二極體(PD)、光電倍增器(PMT)、光子計數探測器(PCM)、分光光度計以及電荷耦合器件(CCD))，使得並行、實時監測這些生物化學反應得以進行。—個示例是，樣品可包括核酸分子，並且加熱化學樣品和/或生物樣品可以是聚合酶鏈反應("PCR"，還可參照上文)。實時檢測可給出螢光信號對以循環次數表示的反應時間的擴增圖(參見圖12)。螢光增加到基線以上表明檢測到積聚的擴增產物。當固定的螢光閾值設定於20基線以上時，螢光信號會在某個時間點跨過該閾值。因為時間以循環次數表示，得到所謂的循環閾值(Ct)次數(或值)。該次數越小，擴增圖中的各螢光曲線越向左，其對應於起始模板的更高濃度。更高的ct次數對應於起始模板的更低濃度。本文所用的術語"核酸分子"是指任何可能構型的任意核酸，例如單鏈的核酸、雙鏈的核酸或其組合。核酸包括例如DNA分子(例如cDNA或染色體DNA)、RNA分子(例如mRNA)、用核苷酸類似物或用核酸化學產生的DNA類似物或RNA類似物、以及PNA(肽核酸)。DNA或RNA可以來源於染色體或是被合成的，而且可以是單鏈或雙鏈的。在本發明的方法中通常使用RNA分子或DNA分子，但這不是必需的。該核酸可以是例如mRNA、cRNA、合成RNA、染色體DNA、cDNA合成的DNA、DNA與RNA的共聚物、寡聚核苷酸等。各核酸還可包括非天然的核苷酸類似物和/或可被連接到親和標籤或標記物上(參照上文)。許多核苷酸類似物是已知的，並且可用於本發明方法所用的核酸和寡聚核苷酸。核苷酸類似物是包含例如在鹼基、糖或磷酸根部分修飾的核苷酸。一個示例是，已知用2'F、2'0-Me或2'H殘基取代siRNA的2'-OH殘基能改善各RNA的體內穩定性。鹼基部分的修飾包括下述鹼基的天然修飾和合成修飾A、C、G和T/U、不同的嘌呤鹼基或嘧啶鹼基(例如尿嘧啶-5-基、次黃嘌呤-9-基和2-氨基腺嘌呤-9-基)、以及非嘌呤或非嘧啶的核苷酸鹼基。其它核苷酸類似物作為通用鹼基。所述通用鹼基包括3-硝基吡咯和5-硝基吲哚。所述通用鹼基能與其它任意鹼基形成鹼基對。例如為了獲得獨特的性能(例如增加的雙螺旋穩定性)，鹼基修飾經常可與例如糖修飾(例如2'-0-甲氧基乙基)結合。有些實施方式中，可以使用本發明的裝置和方法測定目標物的熱穩定性或目標物與其它物質之間的結合複合物的熱穩定性。本發明的方法可以與下列分析和製備方法組合使用，例如等電聚焦法、色譜法、電色譜法、電動色譜法和電泳法等。電泳法的例子例如自由流電泳法(FFE)、聚丙烯醯胺凝膠電泳(PAGE)、毛細管區帶或毛細管凝膠電泳。組合使用這些方法可包括共同的基底。一個例子是，可以使用等電聚焦法在小的表面上，例如微晶片上進行蛋白質分離。然後可以使用本發明裝置和方法加熱各表面例如進行化學和/或生物反應。為了易於理解本發明並付諸實踐，通過以下不受限制的實施例來說明具體實施方式。實施例有限元分析通過ANSYS版本9.0的有限元分析(FEA)軟體來模擬單圓環結構和雙圓環結構，所述單圓環結構由四個加熱器組成，其中每個加熱器均通過梁連接於基底，所述雙圓環結構具有位於內圓環的加熱器和傳感器(圖4)。使用對矽的實常數為450|im以及對玻璃的實常數為17(Him的SHELL-57殼單元。將模型的一般邊界條件設為晶片周邊溫度為25°C並且使足夠幅度的熱通量在四個圓環形狀結構內散發，從而將它們的溫度設定為94°C、72°C和55°C。對於單圓環結構，發現沿著梁軸具有最大的熱量梯度分布。沿圓環結構也有熱量梯度分布，該熱量梯度分布使得在所關注的區域內具有1°C的相對高的溫度不均一性。通過導熱性至少為內圓環一半的兩個梁來連接具有雙圓環結構的兩個圓環。這使得內圓環內溫度均一。圖6示出了雙圓環結構的模擬結果，說明溫度達到了均一。熱量幾乎完全通過懸臂散發，支持了預想的區與區之間的串擾將最小化。該設計允許彼此獨立地控制所有四個區域的溫度，因此可以同時運行四個不同的PCR方案。將為獲得所述裝置而使用的晶片設計成具有與標準LCC-68插座相同的焊盤結構，以使晶片能被插入常規測試插座中來測定裝置熱學參數。因為相比於厚度約3mm的標準LCC晶片，該設備的厚度只有0.45mm，所以為了得到較好的電連接，在晶片上加上塑料框架來彌補其較小的厚度。製作製作設備所用的基本的基底是常規的4"矽晶片。通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)沉積lum的氧化矽層。用Si02膜作為矽與隨後的金屬膜之間的電絕緣體。通過電子束蒸鍍來沉積具有薄的鉻22粘接層的250nm的金層，總方塊電阻為0.11Q/口。使用2pm厚的AZ7220正性光刻膠對所述的Au/Cr層製作光刻圖形以形成加熱器、傳感器、電外引線和觸板。使用常規蝕刻溶液來蝕刻兩種金屬使用KI/l2來蝕刻金、使用基於(NH4)2Ce(N03)6的溶液來蝕刻鉻。在蝕刻上述金屬夾層後，使用丙酮剝離光刻膠，並使用l(Him厚的AZ4620光刻膠進行第二步光刻。選擇厚的光刻膠作為用於矽蝕刻的掩模，所述矽蝕刻通過深度反應離子蝕刻(DRIE)穿透矽晶片的整個厚度。所述光刻膠除了防止矽被DRIE蝕刻外，還保護金線。首先用7:1氧化物蝕刻緩衝液(BOE)蝕刻氧化矽以使矽裸露，然後進行DRIE(BoschProcess,例如參照美國專利5498312)。隨著晶片切割線的形成，DRIE工藝產生了一些獨立的晶片，不需切成相對容易損壞的MEMS結構。最後的工藝步驟是使用Piranha溶液(H2S04/H202)清潔上述獨立的晶片，使用去離子(DI)水衝洗上述獨立的晶片，以及通過氮氣流來乾燥上述獨立的晶片。裝置表徵在不同溫度下，在探針臺(CascadeMicrotech,Inc.)上探測設備來檢測所製作的設備的電學參數。使用Agilent4156C半導體參數分析儀來測量電阻器的值。電阻器的電阻值R與溫差AT的關係可由簡化方程式表示R=R0(l+aAT)(1)其中，R。是標稱溫度下的電阻值，而ot是材料的電阻溫度係數(TCR)。這兩個參數都來自於測量數據(參照表1)。一旦計算出R。和其它值，就將晶片焊接於PCB，從而測量晶片的熱學參數。通過微分熱平衡方程來表示任意系統的熱學行為HdAT"t+GAT=AP(2)其中，H是系統的熱容，而G是系統的熱導，AT是溫度變化，t是時間，以及AP是系統內耗散功率的變化。在此之前，已發表了獲得用於紅外檢測的測輻射熱儀的熱學參數的脈衝方法(Neuzil，P,Mei,T.,AppliedPhysicsLetters,2002，80，1838-1840)。因為測輻射熱儀表現的特性類似於PCR設備，所以使用相同的測試方法。評估中的傳感器與三個外接電阻器一起形成惠斯通平衡電橋。它通過持續時間為lms且電壓幅值為5V的脈衝來供能，並且每秒重複1個脈衝。將幅值在0V和1V之間的直流(DC)電壓信號疊加到上述脈衝上。由溫度對時間的導數計算出設備的熱容H。施加DC電壓引起的高於環境的溫度增加是熱導G的函數。通過直接測量系統的時間常數t(等於H/G)可驗證所得的H值和G值。表1列出了所有測得的和計算得到的電學參數和熱學參數。表l:PCR反應室的電學參數和熱學參數，所有數值均在23。C的環境溫度下測得。tableseeoriginaldocumentpage24溫度分布為了電連接和機械連接晶片，使用類似於倒裝焊的技術將晶片焊接於印刷電路板(PCB)。所述焊接形成了PCR設備和PCB之間的電連接和機械連接(參照圖2)。如下文所述，將裝置連接於溫度控制電子器件(參照圖7)。將各加熱器的溫度設定為約65°C、85°C和94°C，並且採集波長8~12pm的紅外(IR)圖像。照相機的溫度解析度為O.IK的噪聲等效溫差(參照圖6)。如圖6所示，整個加熱器的溫度偏差小於1°C，因此所述設備很適合用於進行例如PCR操作。控制系統通過調節加熱功率來控制高於環境的溫度。本文採用了脈寬調製(PWM)原理。該原理通過將功率脈衝的佔空比(dutycycle)調製為顯著短於系統時間常數來控制平均耗散功率。PWM為數字式的，並且易於通過由個人電腦(PC)控制的LabVIEW數據採集(DAQ)卡來實施。晶片溫度傳感器的值用於閉式反饋模式。實施比例-積分-微分(PID)方法來實現快速加熱。LabVIEW卡6014-E提供的最大電流只有8.5mA，該電流不足以將PCR晶片加熱到所需溫度。於是，通過集成電路IR2121(InternationalRectifiers,Inc.)(一種高速的MOSFET/IGBT驅動器)將該卡與PCR晶片連接。其能夠輸出1A大的、脈衝頻率達到10kHz的電流，該電流能夠向PCR晶片供能。溫度傳感器與兩個固定電阻器和一個可調電阻器一起形成惠斯通電橋。將溫度傳感器輸出連接於固定增益為10的INA143US(Burr-Brown,Inc.)差分放大器。使用與控制IR2121所用的卡相同的卡，將差分放大器的輸出與LabView軟體連接。圖7示出了放置在PCB面板上的一個通道的完整示意圖。完整的PCB由連接到四個PCR的四條獨立的並行通道組成。對裝置進行校正，使其溫度精度高於0.5°C。在裝有Fluorinert77的控溫浴中進行所述的設備校正。用焊接於緊鄰PCR設備的PCB上的、校正後在50~100°C範圍內精度為0.1°C的溫度傳感器TSic(IST-AG,Watwill，瑞士)來測量設備溫度。所有四個通道的輸出值均儲存在LabVIEW配置文件中，並用於反饋測量。將顯微鏡的蓋玻片放置在PCR晶片上。將具有1pL樣品和5pL油的虛擬反應室(VRC)分配到加熱器上(參照圖1)。上述過程精確地證實加熱器溫度，但沒有證實PCR樣品本身的溫度，其可能不同於加熱器溫度。如下文所述，用熔解曲線分析(Rutledge，R.G.，NudeidAcidsResearch(Methodson-line),2004，32，el78)確定樣品溫度。發現樣品溫度比94°C的加熱器溫度低兩度，並因此改正了配置文件。25熱循環為了獲得快速加熱響應，執行自校正程序以優化控制器的PID值，同時熱時間常數和環境溫度決定冷卻速率。根據表1列出的熱學參數，由於94。C至55。C的溫度變化是94。C與室溫25。C之間溫差的約56n/0，因此預計設備的冷卻時間應為一秒至兩秒。這將使系統得到-20&-1~-40&-1的快速冷卻速率，大大超過了所需的最小冷卻速率-5"人所得PCR的熱輪廓線如圖8所示，其中變性(94°C)15秒、退火(55°C)15秒和延伸(72°C)30秒。螢光檢測對應於早期使用的系統(Dasgupta,P.K.等人，Anal.Chim.Acta,2003，500，337-364;Cady，N.C.等人，SensorsandActuatorsB:Chemical,2005，107,332-341)，使用具有FITC激發/檢測塊的汞燈，通過將增益設定為約5x104的光電倍增管(PMT)(HamamatsuH5784-20)來檢測螢光響應。將PCR晶片放置在固定在光學臺上的ZeissAxiotechVario顯微鏡下。為了提高光學檢出限，用黑布遮蓋整個測量設備以阻止進入PMT的環境光的量。用示波鏡進行測量並儲存PMT信號幅度值。裝置測試(a)表面製作如Guttenberg等人所述(LabChip,2005,5,308-317)，VRC系統所用的玻璃表面必須是疏水的和疏油的。測試幾種不同的氟化矽烷溶液和製備方法。隨後選擇的塗敷操作包括在3:1H2S04/H202混合物中清潔所述玻璃，然後用DI水洗滌。接著，將玻璃與含有Gelest,Inc.的1mL矽烷[(十七氟代-l，l,2,2-四氫癸基)三甲氧基矽垸]的燒杯一起放置在室溫下的真空烘箱(YieldEngineering,Inc.生產的YES-15E)中。然後將烘箱抽真空，使餘壓達到1託以下，使烘箱溫度升到150°C，同時繼續抽吸。蒸發矽烷並與玻璃表面反應。25個小時後，停止抽吸，用氮氣排空烘箱並從烘箱中取出載玻片。使用接觸角系統(DataphysicsGmbH製造的ModelOCA30)通過接觸角法檢驗表面處理的結果。水滴的接觸角為110°,而礦物油(Sigmalnc.)滴的接觸角為70°。(b)樣品製備使用編碼人甘油醛3-磷酸脫氫酶(GAPDH)基因的208個鹼基對片段(MaximBiotech,Inc.)的940個模板拷貝作為檢測載體。5'-CTCATTTCCTGGTATGACAACGA-3'(SEQIDNO:1)用作正向引物，而5'-GTCTACATGGCAACTGTGAGGAG陽3'(SEQIDNO:2;ResearchBiolabs，Inc.)用作反向引物。除兩處例外之外，按照製造商(Qiagen,Inc.)建議的方法，將PCR混合物製備成50pl儲備液。兩處例外是將SYBRGreen(Invitrogen,Inc.)稀釋到最終濃度為1:10000，加入牛血清白蛋白(CarlRoth，Inc.)使最終濃度為1%。(c)實時PCR結果將上述製備的PCR儲備液分成兩部分，其中lpl儲備液用於PCR晶片，剩餘儲備液用於常規的熱循環儀(MJResearch,Inc.)作為參比。對於兩個實驗，均用5pL礦物油(Sigma,Inc.)覆蓋PCR混合物。熱循環條件如下94。C下5分鐘(預變性)，然後進行50個如下的循環，每個循環為94°C下1分鐘(變性)、58°C下1分鐘(退火)和72°C下1分鐘(延伸)，最後一步是72°C下10分鐘。該PCR循環中，每個熱步驟為1分鐘，長於正常的熱步驟。然而，這樣能保證在每一步驟中，系統達到熱平衡，且酶催化反應得以完全進行。此時，這要比優化每一步驟使PCR系統快速進行更為重要。為進行熔解曲線分析(Rutledge，R.G.,如前所述)，將樣品冷卻到65。C保持1分鐘，然後以加熱速率為0.01Ks"持續升溫到95°C。在此操作期間，同時記錄螢光信號(參照圖9、圖10)以及溫度傳感器值。下一步是在72°C延伸階段結束期間，計算螢光信號的平均值。為了從PCR循環中採集螢光輸出信號，使用Fortrana製作一個短程序。程序輸入參數是圖9第一個箭頭所示的第一個數據塊的中值、數據間隔長度和間隔數。然後，程序對來自間隔的信號取平均並與所有50個循環的循環數關聯。為了獲得從72。C的PCR輸出信號將要減去的背景信號，對94。C的螢光信號(如圖9中的第二個箭頭所示)重複相同的過程。用sigmoid函數來估計被減去的的數據集其中A^A2是歸一化常數，參數Xo代表拐點的位置，以及k決定在拐點處的最大斜率。使用從10個至百萬個拷貝數變化的不同濃度的模板來運行PCR方案。繪製所計算的參數X。相對於模板數之間的關係，顯示PCR標準曲線(參照圖11、圖12)。如上所示，在PCR設備熱循環後，為了測定PCR產物的純度，進行熔解曲線分析(Fixman,M,Freire，J.J.，Biopolymers，1977,16，2693-2704;Wilkening,S.，Bader,A.，J.ofBiomoleculartechniques,2004，15，107-111;Lyon,E.等人，ClinicalChemistry,2001，47，844-850)(參照圖13)。使用修正後的sigmoidal函數來估計螢光信號其中，Ao、八2和A3以及Xo和k與方程式(3)中的含義相同。擬合誤差顯示測量數據與擬合曲線之間只有很小的差異，說明只有一個PCR產物，副產物的量有限。通過毛細管電泳結果驗證了產物的純度(參見圖14)。C4p—-yX4—A)權利要求1.一種用於調節化學樣品和/或生物樣品溫度的裝置，所述裝置包括至少一個溫度控制模塊，其中所述溫度控制模塊包括加熱器、熱導體和溫度傳感器，其中所述加熱器用於通過所述熱導體與其上放置所述化學樣品和/或生物樣品的可移動基底進行熱交換，其中所述溫度傳感器用於通過所述熱導體檢測和控制所述基底的溫度，以及其中所述裝置被設計成使所述基底位於所述溫度控制模塊之上以完全覆蓋所述溫度控制模塊。2.根據權利要求l所述的裝置，其中所述加熱器包括被設置為與其上放置所述樣品的所述基底平面基本平行的表面。3.根據權利要求1或2所述的裝置，其中所述傳感器包括被設置為與其上放置所述樣品的所述基底平面基本平行的表面。4.根據權利要求1~3中任一項所述的裝置，其中所述加熱器和所述傳感器均包括設置在共同平面內的表面，其中所述平面與其上放置所述樣品的所述基底平面基本平行。5.根據權利要求4所述的裝置，其中所述的加熱器和傳感器是同心的。6.根據權利要求5所述的裝置，其中所述加熱器包圍所述傳感器。7.根據權利要求16中任一項所述的裝置，其中所述熱導體包括選自金屬、半導體、金剛石、碳納米管和富勒烯化合物的材料。8.根據權利要求17中任一項所述的裝置，所述裝置包括至少兩個溫度控制模塊，其中所述至少兩個溫度控制模塊彼此絕熱。9.根據權利要求8所述的裝置，其中所述至少兩個溫度控制模塊均包括設置在共同平面內的表面，所述共同平面與其上放置所述樣品的所述基底平面基本平行。10.根據權利要求9所述的裝置，其中所述兩個溫度控制模塊在與其上放置所述樣品的所述基底平面基本平行的所述平面內彼此相對。11.根據權利要求10所述的裝置，所述裝置包括兩對溫度控制模塊，其中每對中的兩個溫度控制模塊在與其上放置所述樣品的所述基底平面基本平行的所述平面內彼此相對。12.根據權利要求8所述的裝置，所述裝置包括多個溫度控制模塊。13.根據權利要求12所述的裝置，其中每個溫度控制模塊與其它每個溫度控制模塊絕熱。14.—種調節化學樣品和/或生物樣品溫度的方法，所述方法包括..提供一種用於調節化學樣品和/或生物樣品溫度的裝置，所述裝置包括至少一個溫度控制模塊，其中所述溫度控制模塊包括加熱器、熱導體和溫度傳感器，其中所述加熱器用於通過所述熱導體與其上放置所述化學樣品和/或生物樣品的可移動基底進行熱交換，其中所述溫度傳感器用於通過所述熱導體檢測和控制所述基底的溫度，以及其中所述裝置被設計成使所述基底位於所述溫度控制模塊之上以完全覆蓋所述溫度控制模塊，設定用於加熱所述化學樣品和/或生物樣品的溫度值，通過所述溫度傳感器測量所述熱導體的溫度，只要所測溫度低於所設定的溫度值，就向所述熱導體供熱，由此加熱所述基底及所述化學樣品和/或生物樣品。15.根據權利要求14所述的方法，其中所述化學樣品和/或生物樣品包含在液滴中。16.根據權利要求14或15所述的方法，其中所述用於調節化學樣品和/或生物樣品溫度的裝置包括至少兩個溫度控制模塊，其中所述至少兩個溫度控制模塊彼此絕熱。17.根據權利要求16所述的方法，其中在每個溫度控制模塊上設定用於加熱所述化學樣品和/或生物樣品的單獨的溫度值，以及其中通過每個溫度控制模塊的所述溫度傳感器單獨測量每個溫度控制模塊的所述熱導體的溫度，以及其中只要所測溫度低於所設定的溫度值，就向每個溫度控制模塊的所述熱導體供熱，由此對每個基底及所述化學樣品和/或生物樣品單獨進行加熱。18.根據權利要求1417中任一項所述的方法，其中提供一種用於調節化學樣品和/或生物樣品溫度的裝置，所述方法包括提供基底，將所述基底放置在所述溫度控制模塊之上，以完全覆蓋所述溫度控制模塊，提供化學樣品和/或生物樣品，以及將所述化學樣品和/或生物樣品放置在所述基底上。19.根據權利要求14~18中任一項所述的方法，其中所述樣品選自土壤樣品、空氣樣品、環境樣品、細胞培養物樣品、骨髓樣品、降雨樣品、沉降物樣品、太空樣品、地球外樣品、汙水樣品、地下水樣品、磨蝕樣品、考古學樣品、食物樣品、血液樣品、血清樣品、血漿樣品、尿樣品、糞便樣品、精液樣品、淋巴液樣品、腦脊髓液樣品、鼻咽清洗樣品、痰液樣品、口腔抹片樣品、咽喉抹片樣品、鼻抹片樣品、支氣管肺泡灌洗樣品、支氣管分泌物樣品、乳樣品、羊水樣品、活組織檢査樣品、指甲樣品、毛髮樣品、皮膚樣品、癌樣品、腫瘤樣品、組織樣品、細胞樣品、細胞裂解液樣品、病毒培養物樣品、法醫樣品、感染樣品、醫院感染樣品、產品樣品、藥物製劑樣品、生物分子製備樣品、蛋白製劑樣品、脂質製劑樣品、碳水化合物製劑樣品、核苷酸溶液、多聚核苷酸溶液、核酸溶液、肽溶液、多肽溶液、胺基酸溶液、蛋白質溶液、合成聚合物溶液、生化組合物溶液、有機化學組合物溶液、無機化學組合物溶液、脂質溶液、碳水化合物溶液、組合化學產物溶液、候選藥物分子溶液、藥物分子溶液、藥物代謝物溶液、細胞懸浮液、病毒懸浮液、微生物懸浮液、金屬懸浮液、合金懸浮液、金屬離子溶液及其任意組合。20.根據權利要求14~19中任一項所述的方法，其中加熱所述化學樣品和/或生物樣品包括進行化學處理和/或生物處理。21.根據權利要求20所述的方法，其中所述樣品包括核酸分子，所述化學處理和/或生物處理是聚合酶鏈反應。全文摘要本發明提供一種用於調節化學樣品和/或生物樣品溫度的裝置及使用該裝置的方法。所述裝置包括至少一個溫度控制模塊。所述溫度控制模塊包括加熱器、熱導體和溫度傳感器。所述溫度控制模塊的加熱器用於通過熱導體與其上放置所述化學樣品和/或生物樣品的可移動基底進行熱交換。所述溫度控制模塊的溫度傳感器用於通過熱導體檢測和控制所述基底的溫度。所述裝置被設計成使所述基底位於所述溫度控制模塊之上以完全覆蓋所述溫度控制模塊。文檔編號G01N33/487GK101548185SQ200780005686公開日2009年9月30日申請日期2007年2月14日優先權日2006年2月17日發明者于爾根·皮珀爾,帕維爾·諾伊茨爾,謝錚鳴申請人:新加坡科技研究局