CN102892508A - 生物化学反应系统 - Google Patents

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Abstract

提供了具有至少一个反应容器（3）的化学和/或生物化学系统（1），在该反应容器中可发生化学和/或生物化学反应，反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，系统包括用于容纳反应容器的热支持件（4），热支持件热耦合到热电模块（5）的第一导热侧，热电模块的第二导热侧热耦合到散热器（6）并设置有一对电触头（33），一对导电电线（34）连接到这对电触头用于耦合到电源，特征在于，柔性粘合剂（31，32）设置在热电模块的第一导热侧和热支持件之间以及热电模块的第二导热侧和散热器之间，由此，粘合剂与热电模块的第一和第二导热侧比较是相对绝热的，并形成在热电模块和热支持件之间以及在热电模块和散热器之间的唯一的热耦合或机械耦合。

Description

生物化学反应系统
本发明涉及用于化学和/或生物化学反应例如聚合酶链反应（PCR）的系统中的改进。
需要高度准确地控制温度变化的很多化学和生物化学反应被执行。这样的反应常常需要经历变化的温度的几个或甚至很多循环，以便产生所需的效应。此外，产生可探测的光信号例如荧光、化学发光或生物荧光信号的很多这样的化学和生物化学反应被执行，所述可探测的光信号在某些反应条件下出现或被修改。这样的信号可由于在某些条件下发射光的试剂或反应的结果例如由于正施加的激发能而发出，或可通过由反应本身产生而发出。
可以用各种方法使用这些光信号的探测。特别是，它们可允许探测反应的出现，其可指示特定的试剂在测试样本中的存在或不存在，或提供关于特定的反应的进展或动力学的信息。虽然术语“光”通常用于包括可见光，不过将认识到，可从反应发出并被探测的光信号也可出现在光谱的红外和/或紫外部分中，且意图是术语“光”包括能够从可被探测到的任何波长的反应发出的所有光信号。
当然，精确的荧光测量依赖于精确的激发光源。这又依赖于一个或多个激发光源被谨慎控制，但也依赖于从所述源或每个源耦合到反应容器的光被适当地控制为均匀的且在强度和波长上被控制。在已知的系统中，缺少对源和到反应容器的耦合的这样的源控制。
其中需要相对大数量的高度准确地控制的温度变化循环以及监控可探测的信号特别是荧光信号的反应的特定例子是在核酸扩增技术且特别是聚合酶链反应（PCR）中。DNA通过聚合酶链反应（PCR）的扩增是对分子生物学的基本技术。PCR是用于探测样本内的特定核酸的存在的广泛使用和有效的技术，即使在目标核酸的相对数量低的场合。因此，它在包括诊断和探测以及研究的各种领域中是有用的。
通过PCR进行核酸分析需要样本准备、扩增和产物分析。虽然这些步骤通常被顺序地执行，但扩增和分析可同时发生。
在PCR的过程中，特定的目标核酸通过步骤的循环的一系列反复来扩增，其中存在于反应混合物中的核酸在相对高的温度例如在95°C变性（变性），然后反应混合物被冷却到短的寡核苷酸引物结合到单链目标核酸的温度，例如55°C（退火）。其后，引物使用聚合酶例如在72°C扩展（扩展），使得原始核酸序列被复制。变性、退火和扩展的重复循环导致在样本中存在的目标核酸的数量的指数增加。
例如通过在变性和退火温度之间循环或通过从一个循环到另一循环修改一个或多个温度，这个热剖面的变化是可能的。
很多这样的化学或生物化学反应在具有布置成阵列的很多——有时大量——容座(receptacle)的装置中发生。为了不影响反应，容座常常由聚丙烯形成，作为在板中的盛器(well)的阵列。盛器插入用热的方法控制的金属块中，以便按照穿过盛器的壁的导热率用热的方法控制盛器。提供所需的热控制的各种方法是已知的。最常见的方法之一是通过使用可用于（根据通过模块的电流的方向）提供加热或冷却的热电模块，例如Peltier模块。虽然Peltier模块是公知的且将不在这里被详细描述，应注意，Peltier模块本质上由一对陶瓷导热板组成，半导体接连地安装在这对陶瓷导热板之间，以形成p-n和n-p结。每个结与导热板热接触。当切换一个极性的电流时，温度差在导热板之间形成：其中一个导热板变热并作为散热器操作，另一个导热板冷却并作为冷却装置操作。
然而，Peltier模块在用于准确、重复的热循环时形成很多缺点，因为它们最初没有对这样的热循环被设计。首先，因为Peltier模块本身是导热的，有通过设备的功率的损失。其次，电流反向引起横跨不是对称的半导体结的掺杂物迁移，因此半导体节随着时间的过去实际上失去其作为不同的半导体之间的结的功能。
此外，重复的温度变化引起重复的膨胀和收缩循环，其本身在Peltier模块中不是对称的。因为Peltier模块与保持盛器的热支持件(thermal mount)热接触，且本身常常使用以不同的速率膨胀/收缩的不同的金属形成，故出现了机械问题。通过在高压时例如通过使用螺栓机械地夹住模块来减轻这些问题，但机械问题仍然存在，所述螺栓从持有盛器的热支持件延伸，穿过Peltier模块，并进入散热器内。此外，螺栓本身形成了可能不利地影响热循环的准确控制的热路径。这对用于将电源电连接到Peltier模块的电线也适用。因为Peltier模块在温度的斜升和斜降期间需要相当高的功率，所以需要大电源，且因此大（粗）的电线用于将电源连接到Peltier模块。这些电线也提供从/到Peltier模块的未受控的热路径。当然，由于Peltier模块的边缘被未受控的周围环境空气围绕，Peltier模块的边缘的温度也远非可控制的，周围环境空气可在其温度和其它特征上变化。最后，由于Peltier模块的操作的性质，热点和冷点在其表面上形成，这可通过附接到常常由铝、铜或银制成的大的导热散热器和/或通常由铝或铜制成的大的导热支持件来减轻，以使加热平均，这再次提出了更多的机械问题。
因此目的是提供对化学和/或生物化学系统的改进，以克服或至少减小上述问题中的一些。反应可以是聚合酶链反应或其它类型的化学反应，例如连接酶链反应、基于核酸序列的扩增、滚环扩增、链置换扩增、解旋酶相关的扩增或转录介导扩增。
因此，在第一方面，提供了具有至少一个反应容器的化学和/或生物化学系统，在该反应容器中可发生化学和/或生物化学反应，反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，系统包括用于容纳反应容器的热支持件，热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头(electrical contact)，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，特征在于，柔性粘合剂设置在热电模块的第一导热侧和热支持件之间以及热电模块的第二导热侧和散热器之间，由此，粘合剂与热电模块的第一和第二导热侧比较是相对绝热的，并形成在热电模块和热支持件之间以及在热电模块和散热器之间的唯一的热耦合或机械耦合。
在第二方面，提供了具有至少一个反应容器的化学和/或生物化学系统，在该反应容器中可发生化学和/或生物化学反应，反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，系统包括用于容纳反应容器的热支持件，热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，特征在于，导电电线是细的，并具有足够的电阻来在热电模块的操作期间产生热。
在第三方面，提供了具有至少一个反应容器的化学和/或生物化学系统，在该反应容器中可发生化学和/或生物化学反应，反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，系统包括用于容纳反应容器的热支持件，热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，特征在于，导电电线是绝热的。
在第四方面，提供了具有至少一个反应容器的化学和/或生物化学系统，在该反应容器中可发生化学和/或生物化学反应，反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，系统包括用于容纳反应容器的热支持件，热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，特征在于，至少一个电阻器耦合到电触头中的至少一个以在热电模块的操作期间产生热。
在第五方面，提供了具有至少一个反应容器的化学和/或生物化学系统，在该反应容器中可发生化学和/或生物化学反应，反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，系统包括用于容纳反应容器的热支持件，热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，特征在于，系统还包括布置成测量热电模块的第一导热侧的中心处或附近的温度的至少一个第一温度传感器和布置成测量热电模块的第一导热侧的边缘处或附近的温度的至少一个第二温度传感器，第一和第二传感器耦合到温度控制器，温度控制器耦合到邻近热电模块的边缘布置的热能源，温度控制器控制热能源以基于所感测的温度来平衡在热电模块的第一导热侧的边缘处和中心处的温度。
在第六方面，提供了具有至少一个反应容器的化学和/或生物化学系统，在该反应容器中可发生化学和/或生物化学反应，反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，系统包括用于容纳反应容器的热支持件，热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，特征在于，散热器包括小的高效散热器。
在第七方面，提供了具有至少一个反应容器的化学和/或生物化学系统，在该反应容器中可发生化学和/或生物化学反应，反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，系统包括用于容纳反应容器的热支持件，热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，特征在于，系统还包括向热电模块提供电流的源的至少一个高值电容器以及耦合在高值电容器和电源之间的用于控制从电源供应的功率的控制器，其中在热循环的静止阶段期间，当热电模块消耗相对低的功率时，电容器从电源被充电，而在热循环的温度改变阶段期间，当热电模块消耗相对高的功率时，电容器放电以向热电模块提供功率要求的至少部分。
在第八方面，提供了具有至少一个反应容器的化学和/或生物化学系统，在该反应容器中可发生化学和/或生物化学反应，反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，系统包括用于容纳反应容器的热支持件，热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，特征在于，系统还包括耦合在导电电线和电源之间的功率控制器和耦合到功率控制器的至少一个高值电容器，其中功率控制器能够在一个方向上供应电流以使热电模块在一个方向上传送热，并在相反的方向上供应电流以使热电模块在相反的方向上传送热，且其中功率控制器通过使电容器放电来使用电容器作为电流的源，或通过给电容器充电来使电容器作为电流的接收器，且其中功率控制器可使用电源作为电流的供给。
在第九方面，提供了具有至少一个反应容器的化学和/或生物化学系统，在该反应容器中可发生化学和/或生物化学反应，反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，系统包括至少一个激发光源、用于过滤来自激发光源的激发光的至少一个滤光器、用于使经过滤的激发光均匀的均化器、以及多根光纤，所述多根光纤布置为其第一端与均化器输出端相邻，用于接收均匀化的经过滤的激发光，且其相应的第二端与相应的反应容器相邻，用于将激发光引导到相应的反应容器中。
在第十方面，提供了具有至少一个反应容器的化学和/或生物化学系统，在该反应容器中可发生化学和/或生物化学反应，反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，系统包括至少一个激发光源、用于感测来自激发光源的激发光的至少一个传感器、耦合到传感器和激发光源以用于根据传感器所感测的光的量来控制激发光源从而当预定量的光被感测到时关闭激发光源的光源控制器。
在第十一方面，提供了具有至少一个反应容器的化学和/或生物化学系统，在该反应容器中可发生化学和/或生物化学反应，反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，所述或每个反应容器包括具有发射区域的容座部分，光可从该发射区域发出，系统对于所述或每个反应容器包括至少一根光纤，该至少一根光纤布置成将光从发射区域引导到光探测设备，以探测从发射区域发出的光中的光的一个或多个波长。
将认识到，这些改进中的每个可与其它改进分开地或结合其它改进中的一个或多个以其某种组合来提供，而不考虑哪种特定的组合在下文中被详细描述。
现在作为例子参考附图更充分地描述合并各种改进的系统的实施方式，其中：
图1示出根据本发明的一个实施方式的PCR系统的示意图，其示出优于现有技术的很多改进；
图2示出PCR系统的示意图，其示出优于现有技术的其它改进；
图3和4示出具有优于现有技术的其它改进的热电模块的示意性平面图；
图5示出具有优于现有技术的其它改进的热电模块的示意性平面图；
图6示出具有优于现有技术的其它改进的热电模块的示意性平面图；
图7示出PCR系统的示意图，其示出优于现有技术的其它改进；
图8示出PCR系统的示意图，其示出优于现有技术的其它改进；
图9示出PCR系统的示意图，其示出优于现有技术的其它改进；
图10示出PCR系统的主要功率部件的示意图，其示出优于现有技术的其它改进；以及
图11示出图10的功率控制系统的时域参数。
因此，如图1所示，PCR系统1包括容器3的阵列2。阵列2位于热支持件4中，热支持件4位于公知类型的热电加热器/冷却器5例如Peltier模块上。如已知的，Peltier模块可用于加热或冷却，且Peltier模块位于散热器6上以按需要提供热能的储存。散热器6设置有安装在散热器6的下侧上的风扇底座8上的风扇7，以便在必要时促进热耗散。
热支持件4由具有良好的导热性、热流密度和热容量的材料——通常是金属例如铝或银，虽然铜也是可能的——制成，并设置有凹窝或凹部，容器3安装到凹窝或凹部中，以便可通过控制热支持件4的温度来控制容器3中的温度。容器按照惯例由聚丙烯制成。阵列2的每个容器3以一般的圆锥体形状形成，并具有提供对容器3的通路的开口9。阵列2由相对薄的膜10覆盖，膜10被密封到容器3的开口9的边缘，以将试剂和反应产物保持在每个容器3内。因为在容器3中在反应过程期间可产生相当大的压力，膜10被夹在容器3的开口9的边缘和上夹紧构件12之间，以减小在较高的压力下膜10与开口9的边缘分离和允许试剂和/或反应物/产物泄漏和/或混合的机会。为了允许在反应发生的过程期间检查容器的内部，膜10由透明或半透明材料制成，且夹紧构件12设置有与容器3的开口9配准的开口13，以提供对每个容器3的内部的视觉通路。夹紧构件12可由放置在它上面的热盖(heated lid)（未示出）代替。通常布置成在反应容器的开口的边缘处的密封件上提供压力的热盖被加热以减小在膜10的内部上的冷凝，并且热盖也通常是透明的或设置有适当的开口以允许光从反应容器逸出。这些元件没有示出，因为它们是公知的。
如图1所示，设置了光纤14，其第一端邻近反应容器3中的开口9，以便将从反应容器3发出的光引导到光分散元件，例如棱镜15。光纤14的第一端可安装在位于夹紧构件12或热盖之上的安装板（未示出）中，或它们可以用另外方式布置成邻近密封反应容器3的开口9的膜10。示出了光纤14的另外端，其安装在设置在阵列板17中的开口16中或开口16处。很明显，光纤14引导来自每个反应容器的光并以预定的阵列将它指引到棱镜15。来自在阵列板17中的光纤14的端部的光沿着光路18被引导到棱镜15（或其它光分散元件，例如衍射光栅），其将来自每根光纤14（且因此来自每个反应容器3）的光分散成光谱19进入探测器20中，如图1示意性示出的。光谱19被成像到探测器20的图像平面21上。以这种方式，在探测器20处提供从反应容器发出的光的光谱。
探测器20在一个实施方式中可由1/2”（12mm）单色CMOS传感器以及适当的电子器件和允许“原始”帧被捕获的软件组成，为每个像素提供实际测量的亮度级。这与百万像素摄影透镜组件一起使用来形成可将光从空间中的平面聚焦到传感器芯片上的摄像机。应注意，在本文可互换地使用“透镜”来意指“光学透镜”、单片玻璃、或“摄影透镜”/“透镜组件”，意味着作为一组被使用来在传感器平面例如CMOS传感器上成像的一个或多个透镜。摄像机接着用于通过简单的单个玻璃透镜和30°无涂层的玻璃棱镜成像到光纤阵列上。
提供对每个像素给出实质上相等的曝光间隔的全局快门控制的传感器非常适合于用在本系统上，因为在相同的时间段内整个图像的曝光意味着该图像中的每个光谱的每个通道以相同的方式被任何时间变化的条件例如可变的激发强度等影响。对于每个反应容器，每个通道也被反应容器中的任何时间变化的条件例如冷凝、温度、物理运动例如气泡形成和运动等同样地影响。
非常适合于用在系统上的传感器包括提供在整个传感器阵列上的像素的不同子组的传感器，这些像素以不同的参数例如电子参数如模拟增益和偏移、ADC参考电压、像素势垒和其它通常被控制的捕获设置来被捕获。例子包括传感器例如Micron MT9T001，其中像素被分组成2x2个块，其中每个块的左上方的像素都属于一个子组，右上方的像素属于另一子组，且对于左下方和右下方的像素类似。像素的这些子组中的每个可具有不同的ADC增益参数。这可用于有效地扩展传感器的动态范围；例如，如果在图像的偶数行上使用4x的增益而在奇数行上使用8x的增益设置，则光谱图像将实际上被获取为具有不同的增益水平的两个半分辨率图像，其中较低增益图像具有在饱和时的较高的最大亮度级，而较高增益图像提供在低的亮度级处的较大精度。另一例子是Aptina/Micron MT9V024图像传感器，其中图像可被分成矩形区域的阵列，且每个矩形区域可具有单独的数字增益和增益控制设置。光谱图像特别适合于在不同的区域中有不同的增益的传感器，因为这些区域可布置成与光谱图像重合，为光谱的不同区域且因此为不同的波长区给出不同的增益配置。这可用于获取光谱的具有不同的强度水平的区域，以便为每个区域给出最佳SNR和最小量子化噪声。
提供对亮度级的输出代码的非线性响应的传感器非常适合于用在本系统上，特别是其中可例如借助于多个线性响应区和/或压扩来对传感器响应编程。这样的传感器的例子是Aptina/Micron MT9V024，其可使用12位到10位压扩，并且在不同的线性响应的情况下也可被留给3个区域，导致较大的动态范围。例如，这样的传感器可配置成使得它们在低的亮度级处产生较高光输出增益，在与早期循环PCR扩增相关的亮度级处给出良好的SNR和灵敏度，其中测量精度是关键的，但也接着在与平稳阶段中的中间和后期循环PCR相关的较高亮度级处产生较低的增益，其中测量精度较不关键。在与激发光的反射相关的非常高的亮度级处的甚至更低的增益的最后区域可接着用于允许反射光的测量，而没有会从均匀的较高增益水平产生的饱和。
提供光纤22，以通过使其第一端定位成邻近一个或多个激发光源23、24和使另一端布置成邻近反应容器3的开口，来将激发光带到反应容器3。激发光纤22可在激发接受端处接合在一起，以使将光引导到激发光纤变得更容易。这可以是有孔板25，但这不是必要的，因为只将光纤捆扎成近似六角形包扎的捆常常更容易。
在这个实施方式中，一个激发光源可以是蓝色高强度LED 23，其上具有非球面透镜。另一激发光源可以是绿色LED 24。LED 23和24布置在二向色镜26的两侧上，以便组合来自这两个LED 23和24的激发光，并将它引导到均化器27（本质上是玻璃的六角形棱镜或圆柱体）。二向色镜26允许来自蓝色LED 23的蓝光透射以及将来自绿色LES 24的绿光反射到均化器27内，并通过在均化器27内多次反射激发光来给出每个激发光导的更均匀的照射。这个组合产生这捆激发光纤22的抛光端的空间上均匀的照射，以便每个反应容器3接收相当相等的激发。应注意，二向色镜26可由将来自这两个LED的光引导到光纤的某个其它装置例如Y型光导代替，或甚至仅仅通过使LED成角度从而都以一角度发光而进入光纤来代替。
一个实施方式可具有安装在圆柱形金属套圈中的16对发射/激发光纤，每个套圈有一个激发光纤和一个发射光纤。套圈可接着放置在常规热盖的孔中用于使用。光纤可由抗热塑料制成以容忍与在约110C处的热盖的接触。
然后为了探测来自反应容器的光谱，激发源（蓝光或绿光）被接通，在一段短时间内稳定下来，且接着对光纤端部的图像进行采集。各种校正过程可应用于这个图像；例如，通过从所采集的图像减去“暗”图像来校正读数中的任何偏移。通过使传感器尽可能少地暴露于光来获取这个暗图像，以甚至在没有光的情况下测量每个像素给出的恒定的偏移（这是标准光校正技术）。另一处理阶段是丢弃被认为不提供光的可靠测量的图像的像素，例如，由于当前的泄漏或其它制造缺陷给出较高读数的所谓热像素。
为了校正在光学器件和光纤的定位中的不可避免的差异，可执行校准。这应只在仪器第一次被制造时或在它由于物理震动、拆卸等而被干扰之后是必要的。较准可只使用空容器阵列来将激发光反射回到每根光纤中。接着可看到图像中的光纤端部的相对轮廓分明的图像，因为激发光具有窄波带。对于反应容器，每个亮点的位置可接着被手动或自动地找到，且这可用作该反应容器的光谱中的固定参考点。每个容器的光谱的矩形（或其它形状的）区域接着被界定并与校准存储在一起。
最后，为了解释给定的图像，为每个容器提取光谱。从校准中查找该容器的光谱区，且接着从左到右向前简单地扫描光谱区域，使每个区域中的像素的强度平均，以给出在相应于那些像素的波带中的光谱本身的强度。有各种转换方式，但一种简单和能胜任的方式是平均化在光谱区的每个垂直列中的所有像素，更着重于垂直光谱的中心中的较亮像素。每列平均值接着变成该列的强度，或读数的通道的强度。最后的校正阶段是将通道映射到分散到图像的该列的实际波长——这可通过模拟棱镜的分散行为或测量已知的光谱来完成，但可能并不总是必要的，因为可能按照通道而不是按照波长来比较光谱。
虽然在上面的描述中，从反应容器发出的光被示为从反应容器的顶部处的区域发射，当然将明显，发射区域可以在任何位置。光纤可布置成邻近反应容器的任何位置，其是透光的或光从其发出。因此，例如，热支持件4可具有从凹部2的底部钻出的孔。反应容器3可接着被形成为使得反应容器3的透光区域在锥形反应容器的最低点处。激发光纤可接着设置在邻近每个凹部2的底部的第二开口中。
在可选的配置中，光接收光纤和/或激发光纤可布置在热支持件4中的孔中，其将光纤的端部引导到透光区域，透光区域可以在反应容器的侧面上。应明显的是，任何适当的配置是可能的，只要激发光发射到反应容器3中，且从反应容器3发出的光被收集和引导到光感测元件。也将认识到，如果光感测元件适当地被控制以监控和感测光，光分散元件可能不是需要的，这取决于所需要的探测的性质。
如早些时候提到的，Peltier模块5设置有可选地使用电触头33耦合在一起的多个半导体元件28，如在图3到5中最佳地看到，以提供半导体结。半导体元件28安装在一对导热板29、30之间。因为并没有对非常准确的热循环设计Peltier模块，这引起如上所述的机械问题，通常提供穿过上夹紧构件12（或热盖）、热支持件4、Peltier模块5并进入散热器6的螺栓，以便在足够的压力下将Peltier模块5的相应导热板29、30夹到热支持件4和散热器6，以实质上防止它们之间的相对弯曲。然而，螺栓本身提供散热路径，使得系统的准确控制减小。在其它已知的系统中，石墨垫可位于导热板29、30与热支持件4和散热器6之间，以便提供可帮助分散可能出现的任何热点的压缩层。在一些情况下，压敏粘合剂的薄层可用于将石墨垫保持在适当的位置，因为否则，Peltier模块和石墨垫可能相对于彼此横向移动。可选地，使用环氧树脂将Peltier模块5的相应的导热板29、30粘合到热支持件4和散热器6也是已知的。然而，这样的树脂当被固化时是刚硬的，并可能本身由于热应力和在热循环期间出现的相对弯曲而被机械地损坏。
因此，如图1所示，在本发明的一个实施方式中，没有提供螺栓夹紧机构，且Peltier模块5的导热板29、30通过柔性粘合剂层31、32唯一地连接到热支持件4和散热器6，柔性粘合剂与导热板29、30例如分散有导热材料的硅酮粘合剂相比是相对绝热的。该粘合剂应是弹性的，以提供允许各种元件在热循环期间弯曲的“弹性”，而不引起机械损坏，然而其是相对绝热的，从而仍然允许热在Peltier模块5的相应导热板29、30与热支持件4和散热器6之间传输。以被控制的均匀厚度提供粘合剂，使得它提供穿过其的均匀导热性。然而，因为它是相对绝热的，与Peltier模块5的导热板29、30与热支持件4以及散热器6比较，在热能在Z方向上在整个粘合剂中传输之前，热能优先在X-Y平面中的整个导热板上扩散，以扩散开并移除任何热点。适当的粘合剂是由Arlon硅酮技术有限公司在商标下制造的粘合剂。
目前，很多从业者使用的在热电模块和热支持件之间的粘合层被设计成是物理上保形的和导热的。对于本领域技术人员很明显，这样的界面材料应是保形的以便维持与相邻部件的良好热接触，且是导热的以便促进相邻部件之间的热的有效传输。然而，在本发明中，发现在某些条件下，热支持件的热性能特别是均匀性将受益于位于热电模块与热支持件和/或散热器之间的热各向异性元件。
很多因素可引起与热支持件相邻的热电模块导热板的温度的不均匀性。这些因素包括：Peltier元件效率、传导率和/或与系统的其它元件（散热器或电线）的热接触中的局部差异。为了减小在（一般各向同性的）支持件中由热电模块温度中的这些不均匀性引起的不均质性的水平，在热电模块与热支持件和/或散热器之间提供热扩散层是合乎需要的。如果这样的热扩散元件相对于导热性是各向异性的，则它将起作用。与z轴相比，x和/或y轴导热性应该是高的。因此，与直觉相反，它提高了系统性能——如果热界面在z轴上热导性较小（这是可能的），以便提供具有各向异性特性的热界面。
转到图2，因此示出了可选的实施方式，其中在Peltier模块5的相应导热板29、30与热支持件4和散热器6之间以两层或更多层31a、31b、32a、32b来提供柔性的相对绝热的粘合剂。在这种情况下，例如金属的导热材料的一个或多个薄片36设置在粘合剂层31a、31b、32a、32b之间以形成由粘合剂和传导薄片的交替层形成的粘合层压结构，粘合层是粘合到Peltier模块5的导热板29、30以及热支持件4和散热器6的层压板的外层。导热薄片36（类似于导热板29、30）比粘合剂稍微更导热，使得热能在Z方向上的整个粘合层上传输之前，再次优先在X-Y平面中的整个导热薄片36上扩散以扩散开并移除任何热点。因此，所提供的是在Peltier模块5的导热板29、30与热支持件4和散热器6之间的热各向异性元件。
图1到5还示出设置在与散热器6相邻的导热板30的延伸部分61上的一个或两个边缘电触头33。电线34从边缘电触头33连接到电源35以向Peltier模块5提供功率。如上所述，Peltier模块在温度的斜升和斜降期间需要相当高的功率。因此，需要大的电源35，因此大（粗）的电线用于将电源35连接到Peltier模块5。这些电线也提供了从Peltier模块来/回的未受控的热路径。
然而，已发现，Peltier模块的高功率要求仅仅在温度的斜升和斜降期间存在；当温度被维持恒定时，需要低得多的功率。因此，可使用较小的电源，且也可使用较细的电线34。细电线34除了减小其热吸收以外，也具有比粗电线更可观的电阻。当电线34传递电流时，这样的电阻产生电线34的自加热。通过选择具有适当的电阻和自加热水平的电线，可确定所产生的热足以减小或甚至抵消其吸热特性，使得来自Peltier模块的热损耗减小或消除。应认识到，类似的效应可通过将适当的电阻串联地插在接触焊盘33和电线34之间来实现。因此，图3和4示出串联在分别一个或两个电触头33和相应的电线34之间的电阻器11。
当然，由于Peltier模块的导热板的边缘被未受控的周围环境空气围绕，这些边缘的温度也是远非可控制的，周围环境空气可在其温度和其它特性上变化。当一个板具有安装有接触焊盘33的延伸部分61时，板也是非对称的。因此，根据另一改进，提供在接触焊盘33之间并联的电阻11是合乎需要的，以提供局部加热来抵消沿着电线和/或从导热板的边缘的热损耗，如图5所示的。替代地或此外，另外的热源可位于Peltier模块的边缘周围的适当位置处。为了准确地控制加热器和/或电阻的热特性，可提供如图6所示的温度传感器55以测量在Peltier模块5的导热板的中心处或附近以及其边缘处的温度，且加热器和/或电阻可由控制器56控制以按需要平衡温度。虽然电线是导电的，但它可由绝热的材料制成，以减小电线所提供的散热。
当板是非对称的（当一个板具有安装有电阻的延伸部分61）时，在热电模块5的延伸部分61和散热器6之间不提供粘合层或各向异性元件也是合乎需要的。如可在图1和2中看到的，通过减小在热电模块5的端部处的从热电模块5到散热器6的散热的效率来提高热均匀性，其中电线34提供散热出现的可选路经。实际上，热电模块5的端部不结合到与电线34相邻的散热器6减轻了由从热电模块5到电线34的散热引起的热不均匀性。
为实现系统的更好热控制而可进行的另一改进是用较小的高效散热器（未示出）代替常规散热器6。这样的散热器具有从热耦合到Peltier模块的导热块向下延伸的多个导热棒(rod)。棒的使用更有效，并产生比具有接收热能的散热片的常规散热器更高的散热。
现在转到图7，示意性示出了图1和2的系统的光学部分，热支持件4具有位于其中的反应容器3。示出了光纤14和22，其邻近容器3的开口9的端部安装在位于反应容器3的开口9之上的板38中的开口37中。在该附图中没有示出密封件和其它元件。在这种情况下，只示出一个LED 23，且如可看到的，提供了透镜39以使来自LED 23的光经由滤光器41准直到均化器27的输入开口40上。如果LED本身没有准确地只发射期望波长，滤光器可用于适当地选择激发所需的光的精确波长。将认识到，使用一个或多个滤光器，也许使用与每个LED相关的单独的滤光器，相同的配置可用于几个LED。在多于一个的LED被提供的场合，它们可具有相同的颜色或不同的颜色，其中使相同或不同的波长通过滤光器。可使用准直光的其它装置以及透镜39，或者可使用准直光的其它装置代替透镜39。例如，可使用一个或多个专用滤光器，且均化器的输入开口本身可用作准直元件。
图8也只示意性示出图1和2的系统的光学部分，其中热支持件4具有位于其中的反应容器3。如在图1和2中的，示出了光纤14和22，其端部位于夹紧板12中的开口13中，邻近容器3的开口9之上的密封件10。在本例中，LED 23、24连同二向色镜26都被示出。然而，光传感器42布置成测量LED 23、24中的每个所发射的光强。将认识到，可使用多于一个的光传感器，例如每个LED一个光传感器。传感器连接到控制器43，其连接到LED 23、24中的每个以控制它们。因此，LED被打开和关闭以向反应容器3提供准确控制的激发光。当来自LED的预定量的光被感测到时，控制器关闭该LED，使得对于每个循环只有预定量的激发光被提供到反应容器。当然，控制器可控制开口或其它“出入口”以控制从LED耦合到光纤22的光的量。因此，“门控”激发可与传感器的积分期同步。结果是减少的噪声和提高的信噪比。
图9示出了用于测量LED 23、24所发射的光强的可选方法，其中另一光纤57安装在板25中，以便接收来自均化器27的输出端面的光。光纤57将光从均化器57耦合到光传感器58。光传感器58耦合到监控亮度级的曝光控制器59，曝光控制器59耦合到LED控制器60以关闭LED 23、24中的两个/全部。因此，系统以下面的步骤操作：
●打开LED
●监控亮度级以给出已发射的总的光的连续估计值（之所以是被估计是因为只有所发射的光的代表性部分被监控）。
●当所估计的总的光达到期望水平时关闭LED
●如果必要则重复
图10示意性示出系统的主要电气部件。如所示，存在向Peltier控制器45供应功率的24伏电源44、用于向例如各种电子处理设备供应低电压功率的低电压电源46、用于向LED供应功率的LED驱动器47、用于向风扇7供应功率的风扇驱动器48、用于向热盖的加热器50供应功率的盖驱动器49。在附图中示出这些元件的正常功率要求。如可看到的，存在各种负载，其中一些消耗很多电流，且存在功率要求超过功率可用性的可能性。在这种情况下，如所示，系统包括两个Peltier模块5a、5b（Peltier-A和Peltier-B）。
功率源于外部24V主电源44。假定电源可输送最大150W（6.25A）。然而，如果需要，它可以升级到220W（9.16A）设备。电流和电压（以及因此功率）在系统周围的多个点处被监控，如监控器51所示的。每个监控器51由向现场可编程门阵列（FPGA）提供控制-速率信息的双通道12位ADC形成，现场可编程门阵列又驱动功率控制场效应晶体管（FET）。
在仪器内有三个低功率部分：风扇驱动器48、LED驱动器47和低电压电源46。这些设备消耗不大于总共30W的相对低和恒定的功率。热盖驱动器49可消耗相对高的电流，但当Peltier模块5a、5b在低功率“保持”模式中时才以全功率被操作。在这种情况下，外部电源可满足盖加热器50的功率要求。在其它时间，盖加热器50被置于只消耗20W的低功率保持模式中。
在系统内的主要高功率设备是两个Peltier模块5a、5b，每个模块从独立的降压稳压器H-桥52a、52b被驱动。考虑上面的附图，150W电源可抽出最大100W用于驱动高功率设备，且220W电源可抽出最大170W用于驱动这些设备。
Peltier模块5a、5b每个在12V时额定值是150W，具有12.5A的相应峰值电流消耗。因此，当驱动两个Peltier模块5a、5b时，有300W的功率要求，电流消耗为25A。Peltier模块5a、5b的峰值功率要求因此明显超过节余的电源容量。为了以超过外部电源的平均值的速率驱动Peltier模块5a、5b，提供一组超电容器53，以便在相对短数量的时间内提供高电流。Peltier模块5a、5b和超电容器53都凭借Peltier控制器45与主电源44隔离，Peltier控制器45可以是限流降压稳压器。
图11示出功率控制系统的关键参数如何在高功率加热循环中变化。在静止（保持）状态中，超电容器53从主电源44通过Peltier控制器45被充电到24V。在加热循环期间，Peltier模块5a、5b所需的300W功率从超电容器53和主电源44的组合得到。假定使用150W电源，则产生100W的贡献。这由连接到Peltier控制器45的输入的监控器51的FPGA调节，确保不多于100W/24V=4.2的电流流入Peltier控制器45中。当离开静止（保持）状态时，Peltier控制器输出电压和超电容器53在24V。每个H桥52a、52b消耗6.25A。当电流被消耗时，超电容器53将放电，且在其它情况下，更多的电流将从主电源44流出，以便保持它们被注满。然而，Peltier控制器45已经在电流限制处，所以它减小输出电压，且因此不对超电容器54重新充电。实际上，当超电容器53放电时，Peltier控制器45的输出电压跟踪超电容器53的电压。
Peltier控制器45是开关模式降压稳压器，且当输出电压降低时，其提供输出电流的能力增加了。忽略任何损耗，总功率（即，输出电压和输出电流的乘积）保持恒定。因此，主电源44的贡献保持稳定。过程的末尾设计成与超电容器53被放电到大约12V一致。当Peltier控制器45的输出电压跟踪电压下降到12V时，其输出电流稳定地增加到8.4A。应注意，到H桥52a、52b的电压从24伏变化到12V。这不是问题，因为H桥52a、52b本身是适应性的，并将任何进入的电压向下转换到Peltier模块5a、5b所需的12V。
当再次进入静止（保持）状态时，Peltier模块5a、5b消耗的电流急剧下降，且电流开始从Peltier控制器45流回到超电容器53中。这些超电容器以主电源44的100W（24V4.2A）贡献限制的速率再次充电。当超电容器53充电时，Peltier控制器45的输出电压连续跟踪，直到达到稳定的24V充电水平。此时，系统为另一加热循环做好准备。
因此，可看到，功率控制器能够在一个方向上供应电流以使热电模块在一个方向上传热，并在相反的方向上供应电流以使热电模块在相反的方向上传热，且其中控制器可使用电容器作为电流的源，使其放电，或作为电流的接收器，给电容器充电，且其中控制器可使用电源作为电流的源。这个控制器的操作可使得在热循环的静止阶段期间，当热电模块消耗相对低的功率时，控制器使用来自电源的电流的一部分来驱动热电模块，并使用来自电源的可用电流的其余部分来给电容器充电，且在热循环的温度改变阶段期间，当热电模块消耗相对高的功率时，控制器使用来自电源和电容器的电流来驱动热电模块，使电容器放电。控制器可提供手段来确保电流绝不返还到电源以及从每个部件来去的电流在规范内。
所有电流监控在0-16A标度上操作，所以16A是绝对最大测量限制。然而，在操作中预期的最大电流是12.5A。
在大电流处，小值电流感测电阻器有可能消耗相当大量的功率。因此，电流感测电阻器被选择成尽可能可行地低——例如5毫欧姆。在实践中，可使用额定值为1W连续功率的电阻器。虽然在测量限制处的功率消耗大于此，但实际上应从未在使用中遇到这种情况（可能除了瞬时事件以外）。在电流监控器中利用12位ADC，所以正好在4mA之下的理论分辨率是可能的。对此的例外是Peltier电流监控的情况，其是双极的。在这里，分辨率减半为大约8mA。
应认识到，虽然只详细描述了本发明的一些特定的实施方式，本领域的技术人员可做出各种修改和改进，而不偏离本发明的范围。例如，应明显，如这里使用的措词“热传感器”用来涵盖可用于测量温度的部件的任何组合，并可包括多于一个的传感器，其中传感器的输出以某种方式被处理以提供适当的温度读数。类似地，如本文使用的“光传感器”用来涵盖可用于测量光的部件的任何组合，并可包括多于一个的传感器，其中传感器的输出以某种方式被处理以提供适当的光读数。

Claims (47)

1.一种化学和/或生物化学系统，其具有至少一个反应容器，在所述反应容器中能够发生化学和/或生物化学反应，所述反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，所述系统包括用于容纳所述反应容器的热支持件，所述热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，所述热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，所述系统特征在于，柔性粘合剂设置在所述热电模块的第一导热侧和所述热支持件之间以及所述热电模块的第二导热侧和所述散热器之间，由此，所述粘合剂与所述热电模块的所述第一导热侧和第二导热侧相比较是相对绝热的，并形成在所述热电模块和所述热支持件之间以及在所述热电模块和所述散热器之间的唯一的热耦合或机械耦合。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述热电模块包括Peltier模块。
3.如权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述粘合剂包括散布有导热材料的硅酮粘合剂。
4.如任一前述权利要求所述的系统，其中所述粘合剂是热各向异性的，由此，在热能通过所述粘合剂传导之前，所述热能优先扩散在所述热电模块的整个导热侧上，从而减少所述导热侧上的热点和/或冷点。
5.如任一前述权利要求所述的系统，其中所述电触头设置在所述热电模块的所述第二导热侧的延伸部分上，且所述粘合剂未设置在所述热电模块的所述第二导热侧的延伸部分和所述散热器之间。
6.如任一前述权利要求所述的系统，包括在所述热电模块和所述热支持件之间以及在所述热电模块和所述散热器之间的热各向异性元件。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述热各向异性元件由至少两层所述粘合剂形成，所述至少两层所述粘合剂被该至少两层所述粘合剂之间的至少一个导热薄片隔开，一起形成粘合层压结构。
8.如权利要求6或权利要求7所述的系统，其中所述电触头设置在所述热电模块的所述第二导热侧的延伸部分上，且所述热各向异性元件未设置在所述热电模块的所述第二导热侧的延伸部分和所述散热器之间。
9.如任一前述权利要求所述的系统，其中所述导电电线是细的，并具有足够的电阻来在所述热电模块的操作期间产生热。
10.一种化学和/或生物化学系统，其具有至少一个反应容器，在所述反应容器中能够发生化学和/或生物化学反应，所述反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，所述系统包括用于容纳所述反应容器的热支持件，所述热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，所述热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，所述系统特征在于，所述导电电线是细的，并具有足够的电阻来在所述热电模块的操作期间产生热。
11.如权利要求9或权利要求10所述的系统，其中由所述细导电电线产生的热用于抵消原本将由所述电线从所述热电模块传导的热能。
12.如权利要求1到8中的任一项所述的系统，其中所述电线是绝热的。
13.一种化学和/或生物化学系统，其具有至少一个反应容器，在所述反应容器中能够发生化学和/或生物化学反应，所述反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，所述系统包括用于容纳所述反应容器的热支持件，所述热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，所述热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，所述系统特征在于，所述导电电线是绝热的。
14.如任一前述权利要求所述的系统，其中至少一个电阻器耦合到所述电触头中的至少一个以在所述热电模块的操作期间产生热。
15.一种化学和/或生物化学系统，其具有至少一个反应容器，在所述反应容器中能够发生化学和/或生物化学反应，所述反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，所述系统包括用于容纳所述反应容器的热支持件，所述热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，所述热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，所述系统特征在于，至少一个电阻器耦合到所述电触头中的至少一个以在所述热电模块的操作期间产生热。
16.如权利要求14或权利要求15所述的系统，其中所述电阻器串联耦合在所述电触头之一和连接到该电触头的所述导电电线之间以在所述热电模块的操作期间产生热。
17.如权利要求14到16中的任一项所述的系统，包括串联耦合在一对电触头和连接到该对电触头的所述导电电线之间以在所述热电模块的操作期间产生热的一对电阻器。
18.如权利要求14或权利要求15所述的系统，其中所述电阻器并联耦合在所述电触头之间以在所述热电模块的操作期间产生热。
19.如权利要求14到18中的任一项所述的系统，其中由所述电阻器产生的热用于抵消由所述电线从所述热电模块传导的热能。
20.如权利要求14到18中的任一项所述的系统，其中所述电阻器具有在大约500Ω和大约1,000Ω之间的值。
21.如任一前述权利要求所述的系统，还包括至少一个第一温度传感器和至少一个第二温度传感器，所述至少一个第一温度传感器布置成测量所述热电模块的所述第一导热侧的中心处或附近的温度，所述至少一个第二温度传感器布置成测量所述热电模块的所述第一导热侧的边缘处或附近的温度，所述第一传感器和所述第二传感器耦合到温度控制器，所述温度控制器耦合到邻近所述热电模块的边缘布置的热能源，所述温度控制器控制所述热能源以基于所感测的温度来平衡在所述热电模块的所述第一导热侧的边缘处的温度和中心处的温度。
22.一种化学和/或生物化学系统，其具有至少一个反应容器，在所述反应容器中能够发生化学和/或生物化学反应，所述反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，所述系统包括用于容纳所述反应容器的热支持件，所述热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，所述热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，所述系统特征在于，所述系统还包括至少一个第一温度传感器和至少一个第二温度传感器，所述至少一个第一温度传感器布置成测量所述热电模块的所述第一导热侧的中心处或附近的温度，所述至少一个第二温度传感器布置成测量所述热电模块的所述第一导热侧的边缘处或附近的温度，所述第一传感器和所述第二传感器耦合到温度控制器，所述温度控制器耦合到邻近所述热电模块的边缘布置的热能源，所述温度控制器控制所述热能源以基于所感测的温度来平衡在所述热电模块的所述第一导热侧的边缘处的温度和中心处的温度。
23.如任一前述权利要求所述的系统，其中所述散热器包括小的高效散热器。
24.一种化学和/或生物化学系统，其具有至少一个反应容器，在所述反应容器中能够发生化学和/或生物化学反应，所述反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，所述系统包括用于容纳所述反应容器的热支持件，所述热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，所述热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，所述系统特征在于，所述散热器包括小的高效散热器。
25.如权利要求23或权利要求24所述的系统，其中所述散热器包括从导热板延伸的多个导热棒。
26.如任一前述权利要求所述的系统，还包括耦合在所述导电电线和电源之间的功率控制器、以及耦合到所述功率控制器的至少一个高值电容器，其中所述功率控制器能够在一个方向上供应电流以使所述热电模块在一个方向上传送热，并且能够在相反的方向上供应电流以使所述热电模块在相反的方向上传送热，且其中所述功率控制器通过使所述电容器放电来使用所述电容器作为电流的源，或通过给所述电容器充电来使所述电容器作为电流的吸收器，且其中所述功率控制器能够使用所述电源作为电流的源。
27.如任一前述权利要求所述的系统，还包括耦合到所述热电模块的至少一个高值电容器、以及耦合在所述高值电容器和所述电源之间的用于控制从所述电源供应的功率的控制器，其中在热循环的静止阶段期间，当所述热电模块消耗相对低的功率时，所述电容器从所述电源被充电，而在所述热循环的温度改变阶段期间，当所述热电模块消耗相对高的功率时，所述电容器放电以向所述热电模块提供至少部分功率要求。
28.一种化学和/或生物化学系统，其具有至少一个反应容器，在所述反应容器中能够发生化学和/或生物化学反应，所述反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，所述系统包括用于容纳所述反应容器的热支持件，所述热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，所述热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，所述系统特征在于，所述系统还包括耦合到所述热电模块的至少一个高值电容器、以及耦合在所述高值电容器和所述电源之间的用于控制从所述电源供应的功率的控制器，其中在热循环的静止阶段期间，当所述热电模块消耗相对低的功率时，所述电容器从所述电源被充电，而在所述热循环的温度改变阶段期间，当所述热电模块消耗相对高的功率时，所述电容器放电以向所述热电模块提供至少部分功率要求。
29.一种化学和/或生物化学系统，其具有至少一个反应容器，在所述反应容器中能够发生化学和/或生物化学反应，所述反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，所述系统包括用于容纳所述反应容器的热支持件，所述热支持件热耦合到热电模块的第一导热侧，所述热电模块的第二导热侧热耦合到散热器并设置有一对电触头，一对导电电线连接到这对电触头用于耦合到电源，所述系统特征在于，所述系统还包括耦合在所述导电电线和所述电源之间的功率控制器、以及耦合到所述功率控制器的至少一个高值电容器，其中所述功率控制器能够在一个方向上供应电流以使所述热电模块在一个方向上传送热，并且能够在相反的方向上供应电流以使所述热电模块在相反的方向上传送热，且其中所述功率控制器通过使所述电容器放电来使用所述电容器作为电流的源，或通过给所述电容器充电来使所述电容器作为电流的吸收器，且其中所述功率控制器能够使用所述电源作为电流的源。
30.如权利要求26到29中的任一项所述的系统，还包括耦合在所述高值电容器和所述热电模块之间的降压稳压器H桥。
31.如权利要求26到30中的任一项所述的系统，具有耦合到所述热电模块的一组高值电容器。
32.如权利要求26到31中的任一项所述的系统，其中所述高值电容器具有高于50法拉的值。
33.如任一前述权利要求所述的系统，还包括至少一个激发光源、用于过滤来自所述激发光源的激发光的至少一个滤光器、用于使经过滤的激发光均匀的均化器、以及多根光纤，所述多根光纤布置为该光纤的第一端相邻于所述均化器，用于接收均匀化的经过滤的激发光，而相应的第二端相邻于相应的反应容器，用于将所述激发光引导到相应的反应容器中。
34.一种化学和/或生物化学系统，其具有至少一个反应容器，在所述反应容器中能够发生化学和/或生物化学反应，所述反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，所述系统包括至少一个激发光源、用于过滤来自所述激发光源的激发光的至少一个滤光器、用于使经过滤的激发光均匀的均化器、以及多根光纤，所述多根光纤布置为该光纤的第一端相邻于所述均化器的输出端，用于接收均匀化的经过滤的激发光，而相应的第二端相邻于相应的反应容器，用于将所述激发光引导到相应的反应容器中。
35.如权利要求33或权利要求34所述的系统，其中所述均化器包括透光材料的六角形棱镜或圆柱体，用于在所述均化器内多次反射所述激发光，以便提供对每根光纤的更均匀的照射。
36.如权利要求33、34或35中的任一项所述的系统，还包括至少一个第二激发光源，所述至少一个第二激发光源提供的激发光的波带与所述第一激发光源提供的激发光的波带不同。
37.如权利要求33到36中的任一项所述的系统，其中所述滤光器是二向色镜。
38.如权利要求33到37中的任一项所述的系统，具有与每个光源相邻的用于过滤来自该光源的激发光的滤光器。
39.如权利要求33到38中的任一项所述的系统，还包括在所述激发光源和所述滤光器之间的用于准直入射在所述滤光器上的所述激发光的准直元件。
40.如任一前述权利要求所述的系统，还包括至少一个激发光源、用于探测来自所述激发光源的激发光的至少一个传感器、光源控制器，该光源控制器耦合到所述传感器和所述激发光源，用于根据所述传感器所感测的光的量来控制所述激发光源，以当预定量的光被感测到时关闭所述激发光源。
41.如权利要求40所述的系统，其中所述传感器布置成接收来自具有邻近所述均化器的输出端布置的第一端和邻近所述传感器的第二端的光纤的激发光。
42.一种化学和/或生物化学系统，其具有至少一个反应容器，在所述反应容器中能够发生化学和/或生物化学反应，所述反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，所述系统包括至少一个激发光源、用于感测来自所述激发光源的激发光的至少一个传感器、光源控制器，该光源控制器耦合到所述传感器和所述激发光源，用于根据所述传感器所感测的光的量来控制所述激发光源，以当预定量的光被感测到时关闭所述激发光源。
43.如权利要求40到42中的任一项所述的系统，其中所述光源控制器控制所述激发光源，使得其与所述传感器的积分时间同步。
44.如任一前述权利要求所述的系统，其中所述或每个反应容器包括具有发射区域的容座部分，光能够从所述发射区域发出，所述系统对于所述或每个反应容器包括至少一根光纤，所述至少一根光纤布置成将光从所述发射区域引导到光探测设备，以探测从所述发射区域发出的光中的光的一个或多个波长。
45.一种化学和/或生物化学系统，其具有至少一个反应容器，在所述反应容器中能够发生化学和/或生物化学反应，所述反应容器的温度至少在最高预定温度和最低预定温度之间循环，所述或每个反应容器包括具有发射区域的容座部分，光能够从所述发射区域发出，所述系统对于所述或每个反应容器包括至少一根光纤，所述至少一根光纤布置成将光从所述发射区域引导到光探测设备，以探测从所述发射区域发出的光中的光的一个或多个波长。
46.如权利要求44或权利要求45所述的系统，其中所述光探测设备包括用于在从所述光纤接收的光的光谱中选择特定的波长或波带的一个或多个特定波长滤光器。
47.如任一前述权利要求所述的系统，其中所述反应是聚合酶链反应。
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