改進的冷卻器/加熱器排布的製作方法

2023-05-22 12:46:56 1

專利名稱：：改進的冷卻器/加熱器排布的製作方法
技術領域：
：本發明的主題是用於以受控方式加熱和冷卻物體的裝置、用於進行熱循環的儀器和用於傳導熱分布(thermalprofile)的方法。
背景技術：
：本發明在保健領域以及生物學和醫學的研究中，特別是在需要可靠地分析樣品中所含成分的核酸分析、基因量化(quantification)和基因型分型中特別有用。用於擴增核酸的方法和裝置在本領域中是熟知的。一種使用包括變性步驟和擴增步驟的反應循環的方法是聚合酶鏈反應(PCR)。通過提供工具以將具有特定序列的核酸的量從可忽略量增加至可檢測量，此技術已使核酸處理領域(特別是核酸的分析)發生了革命性的變化。PCR在例如EP0201184和EP0200362中有描述。已開發出了更多的新近改進的和更強大的PCR技術。定量實時PCR是用來同時擴增和定量給定DNA分子的特定部分的實驗室技術。它被用來確定在樣品中是否存在特定的序列，且如果存在，則可量化樣品中的拷貝的數目。量化的兩種普遍方法是使用插入雙鏈DNA中的螢光染料和被修飾的DNA寡核苷酸探針(當與互補DNA雜交時發螢光)。這樣的方法在例如EP0512334中有描述。而且，已開發出了多重PCR，其使得能夠在單個反應管中平行地擴增兩種或多種產物。它被廣泛用在基因型分型應用和研究實驗室、法醫學實驗室和診斷實驗室中的不同領域的DNA測試中。使用來自多種真核來源和原核來源的cDNA作為起始才莫板，多重PCR還可被用於定性的和半定量的基因表達分析。在EP0236069中公開了一種利用加熱和冷卻延伸的金屬塊體而以受控方式對在管中的樣品進行熱循環的儀器。另外，各種用於進行、檢測和監測這種方法的儀器在本領域中是已知的，例如在EP0953837中描述的RocheCobasTaqMan⑧儀器和RocheLightcycler480儀器。在大多數這些儀器中使用了熱循環儀，熱循環儀具有包含凹部的熱塊體(thermalblock),容納PCR反應混合物的容器可坤皮插在凹部中。在不連續的、預編程的步驟中升高和降低塊體的溫度，現在主要使用主動(active)加熱和冷卻的Peltier元件來完成。Peltier元件是固態主動熱泵(activeheatpump),其在消耗電能的情況下將熱從裝置的一側逆著溫度梯度轉移至另一側。通常，它由兩個瓦片(tile)構成，在兩個瓦片之間放置有攜帶方形的p型摻雜的(p-dotted)和n型摻雜的(n-dotted)半導體立方體(cube)的傳導通道。施加連續的電流導致Peltier元件一側上的熱量吸收，導致此側上的溫度減少，而在另一側熱量被釋放導致溫度增加。一旦顛倒電流的方向，熱傳輸的方向也可^皮改變。另外，熱循環儀包含受熱器，用於利用熱接觸從另一個物體吸收和分散熱量。為了獲得有效率的熱轉變(transition),利用高機械力將Peltier元件的一個主要表面連結至熱塊體，將在相對側面的另一個主要表面連結至受熱器。為了補償物理接觸(physicalcontact)的各個表面的不均勻性(導致產生減少了的接觸和增加的傳熱阻力)，使用了熱界面材料(thermalinterfacematerials)。這種熱界面材料通常是例如在US2006/0086118中公開的由石墨製成的膜或是例如在US6164076中公開的在兩個主要表面上具有人造鑽石(diamante)層的額外改進的膜。但是，因為許多熱分布在這樣的熱循環儀上進行，所以增加了熱界面材料可例如通過摩擦而^皮損害、降解或移位(displace)的風險，特別是當Peltier元件和熱塊體的尺寸非常不相等，使得所施加的熱量引起的Peltier元件和熱塊體的膨脹不同時，在應用熱分布的時候會出現上述情況。因此，本發明的目的是提供一種以受控方式加熱和冷卻物體的裝置，該裝置允許熱塊體和Peltier元件間的良好的熱接觸，而不需要使用熱界面材料。另外的特點和實施方式將由於說明書和附圖而變得顯而易見。將要理解的是，以上提及的特點和下文描述的特點可不僅以所指定的組合使用，而且可以其他組合或獨立使用，而不違背本公開內容的範圍。各種實施方式在附圖中被示意性地闡釋，並在下文參考附圖詳細解釋。要理解的是，之前概括性的描述和以下各種實施方式的描述都僅是示例性的和解釋性的，並非是限制性的或用來限制權利要求。附圖(作為本說明書的構成部分)闡釋了一些實施方式，且與說明書一起用來解釋本文描述的實施方式的原則(principle)。發明概述本發明的第一個主題是用於以受控方式加熱和冷卻物體的裝置，所述裝置以下述順序從上到下以一層在另一層之上的層疊方式包括-熱塊體(l)，-用於加熱和冷卻的元件(4)，和-受熱器(5)，特徵是熱塊體面向用於加熱和冷卻的元件的表面(la)和/或用於加熱和冷卻的元件面向熱塊體的表面(4a)^皮覆蓋有固體膜潤滑劑。本發明的第二個主題是用於進行熱循環的儀器，其至少包括本發明的用於加熱和冷卻的裝置。本發明的第三個主題是傳導熱分布的方法，其包括-在本發明的用於加熱和冷卻的裝置的熱塊體上提供容器，-在所述容器中提供要被加熱和/或冷卻的流體，-使用所述用於加熱和冷卻的元件向在所述容器中的所述流體施力口熱或冷。附圖簡述以下經由實施例，參考附圖描述本發明的優選實施方式，其中圖1顯示了本領域中已知的用於加熱和冷卻的裝置，其具有熱塊體(l)、用於加熱和冷卻的元件(4)和受熱器(5)，其中在熱塊體和用於加熱和冷卻的元件之間存在傳熱膜(2)以及在用於加熱和冷卻的元件和受熱器之間存在傳熱膜(3)。圖2展示本發明的用於加熱和冷卻的裝置，其具有熱塊體(l)、用於加熱和冷卻的元件(4)和受熱器(5)，其中熱塊體面向用於加熱和冷卻的元件的表面(la)(圖2A)、用於加熱和冷卻的元件面向熱塊體的表面(4a)(圖2B)或者兩個表面(la和4a)(圖2C)^皮覆蓋有固體膜潤滑劑，而用於加熱和冷卻的元件面向受熱器的表面(4b)和受熱器面向用於加熱和冷卻的元件的表面(5a)未被覆蓋有固體膜潤滑劑。圖3圖示了本發明的用於加熱和冷卻的裝置，其具有熱塊體(l)、用於加熱和冷卻的元件(4)和受熱器(5),其中熱塊體面向用於加熱和冷卻的元件的表面(la)和受熱器面向用於加熱和冷卻的元件的表面(5a)(圖3A)、用於加熱和冷卻的元件面向熱塊體的表面(4a)和受熱器面向用於加熱和冷卻的元件的表面(5a)(圖3B)、熱塊體面向用於加熱和冷卻的元件的表面(la)和用於加熱和冷卻的元件面向受熱器的表面(4b)(圖3C)、或用於加熱和冷卻的元件的兩個主要表面(4a和4b)(圖3D)被覆蓋有固體膜潤滑劑。圖4顯示了本發明的用於加熱和冷卻的裝置，其具有熱塊體(l)、用於加熱和冷卻的元件(4)和受熱器(5),其中所有彼此相對的主要表面(la/4a和4b/5a)(圖4A)，或一個界面的兩個主要表面和另一個界面的一個主要表面(la、4b/5a;la/4a、5a;4a、4b/5a;la/4a、4b)(圖4B-E)被覆蓋有固體膜潤滑劑。圖5展示了本發明的用於加熱和冷卻的裝置，其具有熱塊體(l)、用於加熱和冷卻的元件(4)和受熱器(5)，其中熱塊體面向用於加熱和冷卻的元件的表面(la)(圖5A)、用於加熱和冷卻的元件面向熱塊體的表面(4a)(圖5B)，或兩個表面(la和4a)(圖5C)4皮覆蓋有固體膜潤滑劑，且其中傳熱膜(3)存在於用於加熱和冷卻的元件(4)和受熱器(5)之間。為了清楚起見，附圖顯示了在部件之間的空隙，而實際上該空隙不存在。發明詳述本發明涉及用於以受控方式加熱和冷卻物體的裝置和包含這樣的裝置的儀器。該裝置以一層在另一層之上的層疊方式包括熱塊體、用於加熱和冷卻的元件和受熱器。"熱塊體"形成了熱循環儀的能夠傳熱至容納反應混合物的容器的部分。在某些實施方式中，熱塊體包含用於容納含有反應混合物的管的凹部。但是，各種"容器，，在本領域是已知的，且通常由塑料材料或玻璃製成，包括單管、聯管(tubestrip)、以圓形、直線或其他幾何排列形式的單管的特定排布、毛細管以及多孔板(MWP)。因此，熱循環儀的熱塊體的主體通常適合所使用的容器，以獲得力口熱能(heatingenergy)或冷卻能(coolingenergy)的快速且有效率的轉變(transition)。熱塊體通常由具有高熱導率的材料製成。優選的材料是金屬，在某些實施方式中，該金屬是鋁或銀，其中銀具有改善的熱導率，而鋁更有成本效益。熱塊體的溫度通過不連續的、預編程的步驟，使用"用於加熱和冷卻的元件"來升高和降低。這種元件在本領域是熟知的。示例性的用於加熱和冷卻的元件是Peltier元件。Peltier元件使用Peltier效應在兩種不同類型材料的接合處間產生熱流，提供熱電加熱和冷卻。Peltier元件是小的固態裝置，其起熱泵的作用。通常，Peltier元件為幾毫米厚乘以幾平方毫米至幾平方釐米。它是夾層結構，由兩個陶瓷板形成，在兩個陶資板之間具有小的碲化鉍立方體的陣列。當施加直流電時，熱從裝置的一側傳輸到另一側。冷的一側常用來冷卻電子裝置。當逆轉電流時，該裝置成為了極好的加熱器。熱通過"受熱器"在一側^:移除。受熱器通過有效率地將熱能從高溫物體轉移至具有大得多的熱容的較低溫的第二個物體而起作用。這種熱能的快速轉移很快導致第一個物體與第二個物體的熱平衡，降低第一個物體的溫度，實現受熱器作為冷卻裝置的作用。受熱器的有效率的功能依賴於熱能從第一個物體向受熱器的快速轉移。受熱器最普通的設計是具有許多片狀物(fin)的金屬裝置。金屬的高熱導率結合其大的表面積導致熱能向周圍的快速轉移。另外，可使用風扇來另外地冷卻受熱器。受熱器的其他實施方式包括通常與熱交換表面(例如金屬片狀物和風扇)結合的熱管。為了讓熱有效率地從Peltier元件轉移至熱塊體和/或受熱器，在本領域中使用了"熱界面材料"。這種熱界面材料可以膜、油脂、環氧樹脂(epoxies)和墊片的形式被施用，且根據它們的熱導率和電導率、操作溫度範圍和膨脹係數而被選擇。它被用來填充傳熱表面間的空隙，例如Peltier元件與受熱器間的空隙以及Peltier元件與熱塊體之間的空隙，以增加傳熱效率。這些間隙通常充滿空氣，而空氣是非常差的熱導體。熱界面材料最常見以白色糊狀物或熱脂的形式被提供，通常為填充有氧化鋁、氧化鋅、氮化硼、銀粉、金粉或氧化鈹的矽油。而且，在本領域中使用了石蠟/鋁墊片、氮化硼矽酮薄片、石墨墊片、粘性聚合物薄片和矽酮/纖維玻璃墊片。這種在本領域已知的可用在熱循環儀中的用於加熱和冷卻的裝置被圖示在圖1中，該裝置含有熱塊體(l)、用於加熱和冷卻的元件(4)和受熱器(5)，另外包含用於冷卻受熱器(5)的風扇(6)，其中在熱塊體和用於加熱和冷卻的元件之間存在傳熱膜(2),且在用於加熱和冷卻的元件和受熱器之間存在傳熱膜(3)。為了獲得有效率的傳熱，構成裝置的元件在機械力的作用下被彼此連接。這種本領域已知的用於加熱和冷卻的裝置的特殊問題是，在此循環儀上進行了許多熱分布，且熱塊體(1)和傳熱膜(2)具有不同的熱膨脹係數。由鋁製成的熱塊體的熱膨脹係數a已知為約23xl(T6/K，而包含氧化鋁的Peltier元件的陶瓷板的熱膨脹係數a為約6xlO勺K。這導致當每次施加熱時，熱塊體和Peltier元件具有明顯不同的膨脹，從而在膜上和Peltier元件本身產生高剪切力。因此，這些剪切力很可能可導致膜的破裂和^爭裂或位移，從而導致不均勻的傳熱。而且，如果膜由石墨(其能夠傳導電流)製成，還可能發生電氣故障。對於需要存在不止一個用於加熱和冷卻的元件以在整個熱塊體提供均勻的溫度分布的大熱塊體來說，此問題變得特別明顯。在這樣的實施方式中，在Peltier元件和熱塊體之間出現了相對高差別的熱膨脹，如果剪切力超出了Peltier元件的穩定性，這可損壞Peltier元件。通過減小將熱塊體壓在Peltier元件上的力，或通過使用具有低摩擦的熱界面材料，可減小剪切力。在本發明的用於加熱和冷卻的裝置中，此問題通過以下方式解決，即省略由熱界面材料製成的傳熱膜，並使用固體膜潤滑劑來塗布至少是熱塊體面向用於加熱和冷卻的元件的表面和/或用於加熱和冷卻的元件面向熱塊體的表面。通過使用固體膜潤滑劑來塗布至少一個當用於加熱和冷卻的裝置^皮組裝時物理接觸的表面，熱塊體和用於加熱和冷卻的元件之間的摩擦力^皮顯著減小。因此，用於加熱和冷卻的元件和/或熱塊體的表面破壞的風險糹皮顯著減小。此文中，術語"固體膜潤滑劑"是指在約環境溫度至130。C的最大溫度時，從氣相或從液相施用至表面的材料，該材料的特點是低摩擦係數。而且，這種固體膜潤滑劑含有有機化合物或由有機化合物組成，其中有機化合物可用作基料(basematerial)的粘附伴侶(partner)和/或用作結構基體和/或用作低摩擦伴侶。這種聚合物由聚四氟乙烯(poly-tetrafluoroethene)或聚四氟乙烯(PTFE)、聚醯亞胺、聚對二曱苯F、氟化乙烯丙烯(FEP)或其他含氟聚合物或它們的任何混合物製成。固體膜潤滑劑可以是均相的，或可含有有機或無機潤滑劑顆粒，例如石墨、氟化石墨(graphite-fluoride)和/或鉬化合物(如MoS2)。但是，具有例如鎳聚四氟乙烯(Ni-PTFE)的無機基體的塗層不被認為是本發明範圍內的固體膜潤滑劑。固體膜潤滑劑可以是硬的或軟的。當固體膜潤滑劑被施用在玻璃基底上，並且具有4H的硬度的鉛筆在表面刻劃將不會產生明顯的凹痕時，則稱固體膜潤滑劑是硬的。硬固體膜潤滑劑的例子有類金剛石碳(DLC)膜或微晶金剛石膜，它們從氣相或溶膠-凝膠塗層SC95(SurfaceContactsGmbHSaarbriicken,Germany)被施用。軟固體膜潤滑劑例如有聚對二曱苯F膜，從氣相或含PTFE塗層SC11(SurfaceContactsGmbHSaarbrticken，Germany)被施用。與由石墨製成的通常的熱界面材料的約150pm厚度相比，具有固體膜潤滑劑的塗層展現出0.2-25pm的低厚度，因而僅最低程度地影響傳熱。甚至可顯示出，當與由石墨製成的傳熱膜的傳熱阻力相比，具有固體膜潤滑劑的塗層的傳熱阻力明顯被減小。因此，本發明的裝置除了減小電氣故障或熱故障的風險以外，在從用於加熱和冷卻的元件快速傳熱至熱塊體(反之亦然)方面以及從用於加熱和冷卻的元件快速傳熱至受熱器(反之亦然)方面，也是有利的。在特定的實施方式中，發現在較軟的表面上使用軟固體膜潤滑劑或在較硬的表面上使用硬固體膜潤滑劑是有利的。如果用於加熱和冷卻的元件是Peltier元件，那麼在Peltier元件的陶資板上的固體膜潤滑劑優選為硬固體膜潤滑劑。通常，熱塊體是由鋁或銀製成的，因而構成了較不硬的基底。因此，當塗布面向用於加熱和冷卻的元件的熱塊體表面時，優選使用軟固體膜潤滑劑。在軟表面(例如鋁)上使用像例如DLC—樣的硬固體膜潤滑劑也是可行的，但某種程度上可能承擔損壞固體膜的風險，這就可能有損(compromise)預期的摩擦減小作用。在某些實施方式中，僅在熱塊體的表面上，特別是在如圖2A中所示的面向用於加熱和冷卻的元件的表面(la)上，使用固體膜潤滑劑塗層就足夠了。這種實施方式是有利的，因為熱塊體和用於加熱和冷卻的元件之間的摩擦阻力被減小，而用於加熱和冷卻的元件可保持未被塗布。優選地，整個熱塊體被塗布軟固體膜潤滑劑，這又導致反應容器從熱塊體的可移動性的改善。在另一個實施方式中，如圖2B所示，固體膜潤滑劑塗層僅施用在用於加熱和冷卻的元件面向熱塊體的表面(4a)上。此實施方式是有利的，因為與熱塊體的體積相比，用於加熱和冷卻的元件具有相對小的體積，這使得在塗布步驟時的大規模生產相對簡單。在又一個實施方式中，如圖2C所示，固體膜潤滑劑塗層^皮施用在熱塊體面向用於加熱和冷卻的元件的表面(1a)上以及用於加熱和冷卻的元件面向熱塊體的表面(4a)上。在此實施方式中，兩個相互作用表面都有助於摩擦的減小。在圖2所示的實施方式中，在用於加熱和冷卻的元件面向受熱器的表面上以及受熱器面向用於加熱和冷卻的元件的表面上都沒有塗布固體膜潤滑劑。除此之外，在用於加熱和冷卻的元件和受熱器之間沒有放置熱界面材料。如果相關的表面恰好非常平坦且平滑，並且如果剩餘的冷卻力(excesscoolingpower)使得在兩個表面之間僅形成微小的溫度差異，那麼這是可行的。為了獲得更加耐用的(robust)實施方式，優選地，如圖3A-D和4A-D所示，將固體膜潤滑劑施用在用於加熱和冷卻的元件和受熱器彼此相對的相關表面的一個或兩個上，或者如圖5A-C所示，在用於加熱和冷卻的元件和受熱器彼此相對的表面之間放置熱界面材料。在特定的實施方式中，當裝置被組裝時彼此物理接觸的兩個表面:故塗布有不同的固體膜潤滑劑。例如，熱塊體面向用於加熱和冷卻的元件的表面可被塗布有軟層的固體膜潤滑劑(例如，基於聚四氟乙烯(PTFE)的塗層)，而用於加熱和冷卻的元件面向熱塊體的表面可^皮塗布有硬層的固體膜潤滑劑(例如類金剛石碳(DLC))。在其他實施方式中，當裝置#1組裝時彼此物理接觸的兩個表面都-故塗布有相同的固體膜潤滑劑。例如，熱塊體面向用於加熱和冷卻的元件的表面和用於加熱和冷卻的元件面向熱塊體的表面可都被塗布有軟層的固體膜潤滑劑(例如基於聚四氟乙烯(PTFE)的塗層)或可都被塗布有硬層的固體膜潤滑劑(例如類金剛石碳(DLC))。這些實施方式是有利的，因為被塗布的用於加熱和冷卻的元件由於減小的摩擦阻力而表現出改善的耐久性。而且，用於加熱和冷卻的元件的主要表面的塗布可通過本領域非常熟知的方法進行。用於進行熱循環的儀器通常包含熱塊體，所述熱塊體具有上表面和與所述上表面連通(communicate)的、用於容納塑料反應容器的多個凹部，其中反應混合物可被包含在所述塑料反應容器中。熱塊體的足跡(footprint)在若干平方釐米的範圍。在特定的實施方式中，足跡適合於多孔板形式的多個容器。每個容器的開口是閉合的，優選具有透明的封閉物(closure)，其允許例如通過測量由螢光染料發出的光發射來檢驗容器內容物。將具有相應孔洞的框架放置在所述多個容器的上方並朝著熱塊體按壓，使得塑料容器與熱塊體中的凹部的表面密切接觸。在優選的實施方式中，框架被加熱，以加熱封閉物並避免液體在封閉物處冷凝。如在圖2-5中示意性顯示的，熱塊體被疊放在用於加熱和冷卻的元件和受熱器的上方。使用固定裝置(例如負載彈簧的螺釘(springloadedscrew))將疊層壓在一起。將流體與受熱器的熱交換表面接觸，以傳走剩餘的熱量。優選地，所述流體為空氣，且至少一個風扇將空氣吹過受熱器的片狀物。熱塊體中的傳感器測量熱塊體的溫度，且可編程的電子單元控制加熱和冷卻元件的加熱和冷卻，以實施在反應容器內的反應混合物中的溫度分布(temperatureprofile)。為監測反應容器中的反應的進程，儀器的優選實施方式包含連續的或半連續的工作檢測系統和數據處理單元，所述數據處理單元包含現有技術的錄入單元、顯示單元、存儲單元和輔助單元以處理、存儲、取回和顯示檢測數據和其他可用形式的處理數據。檢測系統的優選形式是本領域熟知的螢光檢測。本發明的儀器包含上述用於加熱和冷卻的裝置，其中熱塊體和/或用於加熱和冷卻的元件的表面的至少一個^皮塗布有固體膜潤滑劑。用於加熱和冷卻的裝置以一定的方式位於儀器中，該方式使得當容器被插入儀器中並與所述裝置接觸時允許與所述容器的限定的和預定的物理相互作用。在某些實施方式中，儀器包括熱控制器。另外，本發明的儀器可進一步包括外罩、電源、其他如冷卻空氣和/或壓縮空氣和/或冷卻水和/或真空的媒介的供應裝置和處理裝置、用於操縱反應容器的和用於控制和維護的輔助裝置。上述用於加熱和冷卻的裝置也可被用在用於傳導熱分布的方法中，該方法包括在本發明的用於加熱和冷卻的裝置的熱塊體上提供容器，在所述容器中提供要^皮加熱和/或冷卻的流體，和使用所述用於加熱和冷卻的元件向所述容器中的所述流體施加熱或冷。所述熱分布可包括重複的熱循環，其在某些方面適合於進行聚合酶鏈反應，且其中要被加熱的流體是含有要被擴增的核酸樣品的、用於進行聚合酶鏈反應的反應混合物。實施例實施例1將硬固體膜潤滑劑施用在熱塊體上由鋁製成的熱塊體的背側(能夠與Peltier元件物理接觸)在真空條件下被塗布有類金剛石碳(DLC)以形成具有0.5pm的厚度的層，而熱塊體的溫度為約130°C。實施例2將硬固體膜潤滑劑施用在用於加熱和冷卻的裝置上與實施例1類似，Peltier元件(MarlowIndustries,Inc.Dallas,TX,USA)的表面在真空條件下被塗布有類金剛石碳(DLC)以形成具有0.5的厚度的層，而Peltier元件的溫度未被升至125。C以上。實施例3將硬固體膜潤滑劑施用至熱塊體上使用本領域已知的噴塗法，利用溶膠-凝膠硬塗層SC95(SurfaceContactsGmbHSaarbrticken,Germany)來塗布由鋁製成的熱塊體的背側(能夠與Peltier元件物理接觸)，以形成具有6jrni的厚度的層。施用後，熱塊體上的塗層在125。C烤(stove)0.5小時。實施例4將硬固體膜潤滑劑施用至用於加熱和冷卻的裝置上與實施例3類似，使用本領域已知的噴塗法，利用溶膠-凝膠硬塗層SC95(SurfaceContactsGmbHSaarbrticken,Germany)來塗布供熱的Peltier元件(MarlowIndustries,Inc.Dallas,TX,USA)的表面，以形成具有6pm的厚度的層。施用後，熱塊體上的塗層在125。C烤0.5小時。實施例5將軟固體膜潤滑劑施用在熱塊體上使用本領域已知的噴塗法，利用SCll(SurfaceContactsGmbHSaarbrticken,Germany)(—種含有聚四氟乙烯(PTFE)的固體膜潤滑劑)塗布由鋁製成的熱塊體的背側(能夠與Peltier元件物理接觸)，以形成具有約16nm的厚度的層。施用後，將塗層在280。C乾燥0.5小時。實施例6將軟固體膜潤滑劑施用至用於加熱和冷卻的裝置上與實施例5類似，使用本領域已知的噴塗法，利用SCll(SurfaceContactsGmbHSaarbrticken,Germany)(—種含有聚四氟乙烯(PTFE)的固體膜潤滑劑)塗布供熱的Peltier元件(MarlowIndustries,Inc.Dallas,TX,USA)的表面，以形成具有約16nm的厚度的層。施用後，將塗層在125。C乾燥6小時。實施例7本領域已知的用於加熱和冷卻的裝置的分析使用提供700N/cn^的表面壓力(surfacecompression)的螺釘，按上述順序組裝用於加熱和冷卻的裝置，該裝置包含用於接納微孔板(microtiterplate)形式的反應容器的熱塊體、六個Peltier元件(MarlowIndustries,Inc.Dallas,TX,USA)、具有約160nm的厚度且由石墨製成的傳熱膜，和受熱器。另外，熱塊體被覆蓋有厚度為約25pm的、由鎳聚四氟乙烯(Ni-PTFE)製成的塗層。使用電子控制器，用於加熱和冷卻的裝置經受類似通常PCR循環的重複熱循環。約1000次循環後，傳熱膜被從其在熱塊體和Peltier元件之間的原始位置移位，導致Peltier元件的電源的短路。實施例8無傳熱膜的用於加熱和冷卻的裝置的分析提供如在實施例7中描述的組件，但不加入傳熱膜。使用電子控制器，用於加熱和冷卻的裝置經受類似通常PCR循環的重複熱循環。在少於1000次循環後，熱塊體顯示出與Peltier元件接觸的表面的大量分解，具有深達約0.5mm的深度。實施例9用於快速熱循環才莫擬的組件為了實現用於加熱和冷卻的元件的耐久性和使用期限的快速檢驗，將熱塊體、Peltier元件、石墨膜熱界面材料和受熱器按所述順序以一層在另一層之上的方式安裝成在700N/cn^的壓力(tension)下的堆垛體(piling)。為了檢驗各種度量(measure)對改善用於加熱和冷卻的元件的使用期限的影響，以2Hz的頻率和95。C的恆定溫度，平行於Peltier元件的主要表面機械地來回移動Peltier元件0.5mnu在此組件中，一個來回移動代表在PCR的一個熱循環期間Peltier元件相對熱塊體的相對移動的模擬，所述相對移動是由不同熱膨脹係數引起的。實施例10使用用於快速熱循環模擬的組件分析無傳熱膜的用於加熱和冷卻的裝置本領域已知的且如在實施例7和8中所描述的用於加熱和冷卻的元件，如在實施例9中概述的，在用於快速熱循環^t擬的組件中經受處理。在少於1000次循環後，熱塊體顯示出與Peltier元件接觸的表面的大量分解，具有深達約0.5mm的深度，證實了在實施例8中概述的結果。實施例11使用用於快速熱循環模擬的組件分析本發明的用於加熱和冷卻的裝置如在實施例5中所述的用於加熱和冷卻的裝置，如在實施例9中概述的，在用於快速熱循環模擬的組件中經受處理。由鋁製成的熱塊體的面向Peltier元件並能夠與Peltier元件物理接觸的表面被塗布有SC11(SurfaceContactsGmbHSaarbriicken,Germany)。在Peltier元件和熱塊體之間不存在傳熱膜。在102000次循環後，分析了相互作用的表面。除了固體膜潤滑劑SC11從熱塊體面向Peltier元件的表面少量地轉移(carryover)至Peltier元件面向熱塊體的表面以外，沒有檢測到表面的分解。在額外的實驗中，再現了所述結果且在多達200000次循環時沒有檢測到表面的分解。使用包含實施例1或3的熱塊體以及包含實施例2、4或6的Peltier元件的用於加熱和冷卻的裝置，獲得了相似的結果。實施例12使用用於快速熱循環;漠擬的組件分析本發明的用於加熱和冷卻的裝置包含如實施例5中所述的熱塊體和如實施例4中所述Peltier元件的用於加熱和冷卻的裝置，如在實施例9中所概述的，在用於快速熱循環^t擬的組件中經受處理。由鋁製成的熱塊體面向Peltier元件的並能夠與Peltier元件物理接觸的表面，被塗布有SC11(SurfaceContactsGmbHSaarbriicken,Germany),而Peltier元件面向熱塊體的表面#_塗布有溶膠-凝膠硬塗層SC95(SurfaceContactsGmbHSaarbriicken,Germany)。在Peltier元件和熱塊體之間不存在傳熱膜。在100000次循環後，分析了相互作用的表面。除了固體膜潤滑劑SC11從熱塊體面向Peltier元件的表面少量地轉移至Peltier元件面向熱塊體的表面以外，沒有檢測到表面的分解。除此之外，與實施例11中使用的用於加熱和冷卻的裝置相比，摩擦力被進一步降低，因為組件中的致動器的功率輸入(用來指示存在於組件中的摩擦力)被減少。附圖標記tableseeoriginaldocumentpage18權利要求1.一種用於以受控方式加熱和冷卻物體的裝置，所述裝置以下述順序從上到下以一層在另一層之上的層疊方式包括-熱塊體(1)-用於加熱和冷卻的元件(4)，和-受熱器(5)其特徵在於，所述熱塊體面向所述用於加熱和冷卻的元件的表面(1a)和/或所述用於加熱和冷卻的元件面向所述熱塊體的表面(4a)被覆蓋有固體膜潤滑劑。2.權利要求l的用於加熱和冷卻的裝置，其中所述用於加熱和冷卻的元件面向所述受熱器的表面(4b)和/或所述受熱器面向所述用於加熱和冷卻的元件的表面(5a)也被覆蓋有固體膜潤滑劑。3.權利要求1或2的任一項的用於加熱和冷卻的裝置，其中所述固體膜潤滑劑選自含有聚四氟乙烯(PTFE)、聚醯亞胺、聚對二甲苯F、氟化乙烯丙烯(FEP)或其他含氟聚合物或任何它們的組合的均質膜；微晶金剛石或類金剛石碳(DLC);包含具有有機或無機潤滑劑顆粒的有機基體的非均質膜。4.權利要求1至3的任何一項的用於加熱和冷卻的裝置，其中彼此相對的兩個表面被塗布有不同的固體膜潤滑劑。5.權利要求1至4的任何一項的用於加熱和冷卻的裝置，其中彼此相對的兩個表面被塗布有相同的固體膜潤滑劑。6.—種進行熱循環的儀器，其至少包括權利要求1至5的任何一項的用於加熱和冷卻的裝置。7.權利要求6的儀器，其中所述裝置位於所述儀器內的方式使得，當容器被插入到儀器中並與所述裝置接觸時，所述裝置與所迷容器具有限定的和預定的物理相互作用。8.權利要求6和7的任何一項的儀器，其進一步包含熱控制器。9.一種傳導熱分布的方法，其包括-在權利要求1至5的任何一項的用於加熱和冷卻的裝置的熱塊體上提供容器，-在所述容器中提供要被加熱和/或冷卻的流體，-使用所述用於加熱和冷卻的元件向在所述容器中的所述流體施力口熱或冷。10.權利要求9的方法，其中所述熱分布含有重複的熱循環。11.權利要求9或10的任何一項的方法，其中所述熱分布適合進行聚合酶鏈反應，且所述要被加熱的流體是含有要被擴增的核酸樣品的、用於進行聚合酶鏈反應的反應混合物。全文摘要本發明的主題是用於以受控方式加熱和冷卻物體的裝置，其允許在熱塊體、用於加熱和冷卻的元件和受熱器之間的良好的熱接觸，而不需要使用熱界面材料；包含這樣的裝置的儀器；和使用該裝置傳導熱分布的方法。文檔編號B01L7/00GK101585009SQ20091014169公開日2009年11月25日申請日期2009年5月18日優先權日2008年5月19日發明者H·哈蒂格申請人:霍夫曼-拉羅奇有限公司