CN103777662B - 一种应用于梯度温度控制的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种应用于梯度温度控制的装置，由第一温控模块、第二温控模块、控制模块、传动装置或转动装置、被控目标与检测模块构成。本发明本方法和装置具有可扩展性，不同的温控模块可在不同的时间点交替使用，非工作状态的温控模块利用闲置时间实现下一目标温度值，不需要骤变，延长了其使用寿命；工作状态的温控模块没有升温降温的过程，提高样品模块升温降温的速率，避免超调现象，更不需要复杂的控制算法。温度控制更灵活，能够缩短被控目标有效的控温时间，提高被控目标温度变化速率，可在梯度温度控制中的应用。采用少数温控模块，利用“分时复用”思想在不同的时间段内使用不同的温控模块控制被控目标温度，以实现多个目标梯度温度。

Description

一种应用于梯度温度控制的装置和方法

技术领域

本发明属于温度控制领域，涉及一种梯度温度控制的装置和方法，能够应用到需要被控目标实现多个目标温度值的场合。比如生物、医学领域中聚合酶链式反应（PCR），该反应需要目标样品实现高温变性、低温退火、中温延伸三个过程，对应于三个不同梯度温度，且需要这三个不同梯度温度实现多次热循环以完成PCR扩增反应。

背景技术

生物、化学、医学、工业等诸多领域中一些相关技术需要利用热循环来实现。

以生物学领域常见的“聚合酶链式反应”（PCR）为例。为实现PCR反应，传统的方法是采用同一个温控模块（例如半导体）对多孔微量滴定板在很短的时间内进行加热和制冷来实现。这种方法的缺点在于：（1）用同一个温控模块在很短的时间内实现加热和制冷并循环，温度的骤变很容易损坏温控模块，缩短了其使用寿命；（2）在样品模块（即被控目标，下同）的控温过程中，温控模块自身存在升温降温的过程，影响了样品模块升温降温的速率，同时在升温降温过程中由于加热块的热惯性导致控温有超调现象，需要复杂的控制算法以消除或者减弱该现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于梯度温度控制的装置。被控目标置于温控模块之上与其实现物理接触，通过温控模块实现对被控目标的温度控制。

整个装置由第一温控模块、第二温控模块、控制模块、传动装置或转动装置、被控目标与检测模块构成，第一温控模块、第二温控模块与传动装置或转动装置相连，通过传动装置或转动装置控制不同温控模块进行移动或转动与被控目标物理接触，控制模块与传动装置或转动装置相连，控制模块输出控制信号控制传动装置或转动装置产生相应的动作，控制模块分别与温控模块（第一温控模块、第二温控模块）相连，控制模块输出控制信号控制温控模块实现温度变化，检测模块与被控目标相连，检测模块用于获取被控目标的实时温度信息和生物化学反应结果，控制模块与检测模块相连，检测模块将获取的信息传输给控制模块，控制模块对获取的信号结果进行处理、分析、反馈控制等。

所述的温控模块（第一温控模块、第二温控模块）包括加热模块、制冷模块、散热模块和良好的导热装置等。不同温控模块（第一温控模块、第二温控模块）根据实际情况确定是否要求性能一样：取决于多个目标温度值的大小，反应速率要求和/或目标温度值持续时间等因素。例如：可将多个目标温度值分为高温、中温、低温等等级，使用不同性能参数的温控模块匹配不同等级的要求。高温等级使用高功率高热质量的温控模块实现，以此类推；根据反应速率要求和/或目标温度值持续时间选取合适变温速率的温控模块，以此类推。

所述的控制模块用于实现温度控制算法并用于控制温控模块升温降温过程，用于传动装置或转动装置在指定时间进行传动或转动定位，用于控制检测模块的工作状态等。

所述的传动装置或转动装置用于在指定时间点将被控目标传送到指定温控模块（第一温控模块、第二温控模块）或将指定温控模块传送到被控目标处，实现温控模块与被控目标之间的物理接触。传动装置根据具体要求可以是平动装置、纵向传动装置，转动装置为可实现绕轴旋转驱动的装置。

所述的检测模块包括温度传感器和荧光检测模块。温度传感器用于反馈被控目标的实时温度值给控制模块。荧光检测模块用于实时在线检测或终点检测被控目标的生物化学反应结果。

本发明的另一个目的是提供所述装置在梯度温度控制中的应用。采用少数温控模块，利用“分时复用”思想在不同的时间段内使用不同的温控模块控制被控目标温度，以实现多个目标梯度温度。本发明应用通过以下方法实现：

第一种方法：所述的温控模块（第一温控模块或第二温控模块）在某一时间只能处于工作状态与非工作状态中的一个状态，处于工作状态的温控模块与被控目标物理接触实现某一个目标梯度温度的恒温控制。处于非工作状态的温控模块不与被控目标物理接触，利用此时被控目标实现某一个目标梯度温度的控温时间升温或降温到下一个目标梯度温度并保持，实现工作状态的温控模块的恒温控制过程与非工作状态的温控模块的变温过程同步进行。在某一个目标梯度温度控温时间段内，使用某一个温控模块进入工作状态对被控目标进行目标梯度温度的恒温控制，在下一个目标梯度温度控温时间段内，使用另一个温控模块进入工作状态对被控目标进行目标梯度温度的恒温控制，从而实现不同的温控模块在不同的控温时间段交替使用。

第二种方法是：所述的温控模块（第一温控模块或第二温控模块）在某一个时间只能处于工作状态与非工作状态中的一个状态，处于工作状态的温控模块与被控目标物理接触实现某一个目标梯度温度的恒温控制和由此目标梯度温度到下一个目标梯度温度的变温控制，处于非工作状态的温控模块不与被控目标物理接触，利用此时被控目标实现某一个目标梯度温度的控温时间升温或降温到下一个目标梯度温度并保持，实现工作状态的温控模块的控温过程与非工作状态的温控模块的变温过程同步进行。在某一个目标梯度温度控温时间段内，使用某一个温控模块进入工作状态对被控目标进行目标梯度温度的恒温控制；在该目标梯度温度控温时间结束后，继续使用该温控模块对被控目标实现由此目标梯度温度到下一个目标梯度温度的变温控制，该变温过程优选全功率进行控制；在下一个目标梯度温度控温时间段内，使用另一个温控模块进入工作状态对被控目标进行目标梯度温度的恒温控制，实现不同的温控模块在不同的控温时间段交替使用。

本发明能够有效的改善传统方法所存在的不足：（1）由于本发明中不同的温控模块（第一温控模块、第二温控模块）是在不同的时间点交替使用，相对于工作状态的温控模块而言，非工作状态的温控模块利用闲置时间实现下一目标温度值，而该闲置时间相对较长，则该温控模块温度不需要骤变，延长了其使用寿命。（2）由于本发明中温控模块是在与被控目标5接触之前达到目标温度值的，相对于被控目标5而言工作状态的温控模块没有升温降温的过程，提高了样品模块升温降温的速率，也不存在热惯性导致的超调现象，更不需要复杂的控制算法。相反在本发明中控制算法要求更“松”，也更灵活。

该方法和装置具有可扩展性，温度控制更灵活，能够缩短被控目标有效的控温时间，提高被控目标温度变化速率。

总而言之，在本发明之前，还没有采用少数温控模块利用“分时复用”思想实现被控目标多个目标温度值的装置。

要理解的是不管是上面的总述还是下面的详述都只是示例性和解释性的而且不限制所要求保护的发明。

包含在其中并构成这个说明书的一部分的附图图示说明该发明的几个实施例并连同文字描述一起用于解释该发明专利的原理。

附图说明

图1是一种基于温控模块分时复用原理的适用于梯度PCR反应的平动装置的结构示意图。

图2是一种基于温控模块分时复用原理的适用于梯度PCR反应的纵向传动装置的结构示意图。

图3是一种基于温控模块分时复用原理的适用于梯度PCR反应的圆盘装置的结构示意图。

图4是圆盘式PCR仪的一种配套加样圆盘的结构示意图。

图5是梯度温度控制装置工作原理的示意图，图中通过两个温控模块来实现三个温度值的循环控制。

图6是梯度温度控制装置的一种工作方法的示意图，图中通过两个温控模块来实现三个温度值的循环控制。

图7是一种适用于本发明装置进行PCR反应的集成流路芯片的示意图。

具体实施方式

本发明结合附图和实施例作进一步的说明。须知这仅是少数温控模块实现被控目标多个温度值的一个典型实例，不能认为是对本专利范围的限制。

实施例1

参见图1-4，一种基于温控模块分时复用原理的适用于梯度PCR反应的平动装置，由第一温控模块1、第二温控模块2、控制模块3、传动装置4、被控目标5和检测模块6构成，第一温控模块1、第二温控模块2与传动装置4相连，通过传动装置4控制不同温控模块进行移动或转动与被控目标5物理接触，控制模块3与传动装置4相连，控制模块3输出控制信号控制传动装置4产生相应的动作，控制模块3分别与温控模块（第一温控模块1、第二温控模块2）相连，控制模块3输出控制信号控制温控模块实现温度变化，检测模块6与被控目标5相连，检测模块6用于获取被控目标5的实时温度信息和生物化学反应结果，控制模块3与检测模块6相连，检测模块6将获取的信息传输给控制模块3，控制模块3对获取的信号结果进行处理、分析、反馈控制等。

所述的温控模块（第一温控模块1、第二温控模块2）包括加热模块、制冷模块、散热模块和良好的导热装置等。不同温控模块（第一温控模块1、第二温控模块2）根据实际情况确定是否要求性能一样：取决于多个目标温度值的大小，反应速率要求和/或目标温度值持续时间等因素。例如：可将多个目标温度值分为高温、中温、低温等等级，使用不同性能参数的温控模块匹配不同等级的要求。高温等级使用高功率高热质量的温控模块实现，以此类推；根据反应速率要求和/或目标温度值持续时间选取合适变温速率的温控模块，以此类推。

所述的控制模块3用于实现温度控制算法并用于控制温控模块升温降温过程，用于传动装置4在指定时间进行传动或转动定位，用于控制检测模块6的工作状态等。

所述的传动装置4用于在指定时间点将被控目标5传送到指定温控模块（第一温控模块1、第二温控模块2）或将指定温控模块传送到被控目标5处，实现温控模块与被控目标5之间的物理接触。传动装置4根据具体要求可以是平动装置、纵向传动装置。

所述的检测模块6包括温度传感器和荧光检测模块。温度传感器用于反馈被控目标5的实时温度值给控制模块。荧光检测模块用于实时在线检测或终点检测被控目标5的生物化学反应结果。

实施例2

参见图1与图2，是基于本发明的两种PCR热循环仪的结构示意图，由于两个实例中传动装置4实现的都是被控目标5与温控模块（第一温控模块1、第二温控模块2）物理接触的直线运动，故放在一起说明。两者区别在于图1使用平动传动装置，图2使用纵向传动装置，具体可根据实际需求选择其一。两种PCR热循环仪主要包括控制模块3、第一温控模块1、第二温控模块2、传动装置4、被控目标5和检测模块6。

其中温控模块（第一温控模块1、第二温控模块2）包括加热模块、制冷模块、散热模块和良好的导热装置等。加热模块与制冷模块可以使用同一器件实现，例如帕尔贴，TEC等；也可使用不同器件分别实现，例如加热模块使用帕尔贴、TEC、加热电阻丝、柔性加热片等，制冷模块配合使用半导体制冷等。散热模块可以采用散热片、风扇、水冷等装置实现；导热装置可采用导热性能优异的金属铝、铜、镍、以及/或者银制成。

其中控制模块3可以采用各类单片机、DSP、ARM、FPGA、计算机等实现。

其中传动装置4可以是机械式、液力机械式、静液式（容积液压式）、电力式等。

其中被控目标5用于承载PCR反应载体，使用导热性好的材质制作而成。所述的PCR反应载体可以是微量滴定板，也可以是生物芯片，也可以是集成流路芯片，其材质可以是硅、玻璃、金属，或者环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲脂、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、环烯烃共聚物、聚对二甲苯、聚酰亚胺或者聚对苯二酸乙二酯等各种高聚物材料等；

其中检测模块6包括温度传感器和荧光检测模块。

具体实施过程如下：

首先将PCR反应芯片放置于被控目标5上固定好并使用合适的热盖将芯片密封保温，开始工作时，控制模块3按照设定的程序流程控制相应的温控模块（第一温控模块1、第二温控模块2）对被控目标5进行温度控制，控制过程如实施例1和实施例2所述。根据流程，当需要被控目标5变换温控模块时，控制模块3给传动装置4相应的信号，通过传动装置4实现被控目标5与对应的温控模块的物理接触。检测模块6将被控目标5的实时温度值反馈给控制模块3。控制模块3通过相关的温度控制算法实现温控模块的变温过程。当传动方式为平动时，被控目标5的下表面与温控模块的上表面物理接触。温控模块（第一温控模块1、第二温控模块2）中的加热模块与制冷模块通过对导热装置分别进行加热与制冷实现被控目标5的温度控制，散热模块用于降温时散掉装置中多余的热量。根据具体需求，可以通过传动装置4控制被控目标5传动定位，也可以控制被控目标5传动定位。

所述的温度控制算法可以是PID控制、模糊控制、神经网络控制、自适应控制、Fuzzy—PID控制、Adaptive—PID控制、模糊自适应PID控制等。

根据具体需要，使用检测模块6在PCR反应过程中实时对反应结果进行检测或者终点检测。

实施例3

参见图3、图4，是基于本发明的一种圆盘式PCR热循环仪的结构示意图，对应装置中使用转动装置11实现旋转定位，实现被控目标5和温控模块（第一温控模块1、第二温控模块2）的物理接触。需注意的是适用于转动装置11的被控目标5和温控模块的形状不局限于圆盘形，也可以是扇形的、菱形的、方形的、多边形和不规则多边形的等，图4是一种配套加样圆盘的俯视结构示意图。图7(专利：CN102277294B图2)是一种适用于本发明装置进行数字PCR反应的集成流路芯片的示意图。该集成流路芯片组件由封盖层14与反应层16封接形成，封盖层14两端设有进样口15和出样口12，封盖层14的反面为不规则的六边形凹面，当封盖层14与反应层16封接后就形成通道13，反应层16设有矩阵排列的高密度集成反应小室17。反应层16以1mm厚的玻璃为材料，采用标准的光刻、蚀刻技术制成反应小室17，反应小室17为边长100μm，200μm或300μm的正方形，深50μm,100μm,200μm,或300μm。根据不同的宽度和刻蚀深度，反应小室17的体积可为500pL,1nL,2nL,4.5nL,8nL,9nL,或18nL；反应小室17也可以为五边形、菱形或圆形。封盖层14以1mm厚的玻璃为材料，根据材料不同，通过激光刻蚀、化学刻蚀、光刻、热压、浇铸及注塑等方法，在封盖层14的反面制成形状为不规则的六边形，长10mm，宽4mm，深50μm，100μm，200μm，或300μm，在进样口15和出样口12的位置，用直径1mm的钻头打通。采用空气等离子体处理键合的方法将封盖层14与反应层16封接，此时封盖层14与反应层16之间形成的通道13整个覆盖在高密度集成反应小室17上。

该圆盘式PCR热循环仪主要包括控制模块3、第一温控模块1、第二温控模块2、转动装置11、被控目标5和检测模块6。第一温控模块1与第二温控模块2集成到温控圆盘10的指定区域，彼此之间使用隔热带9进行温度隔离。被控目标5与温控圆盘10各含有数个定位孔8，用于被控目标5与温控圆盘10之间的旋转精确定位。

其中温控模块（第一温控模块1、第二温控模块2）包括加热模块、制冷模块、散热模块和良好的导热装置等。加热模块与制冷模块可以使用同一器件实现，例如帕尔贴，TEC等；也可使用不同器件分别实现，例如加热模块使用帕尔贴、TEC、加热电阻丝、柔性加热片、红外灯等，制冷模块配合使用半导体制冷等。散热模块可以采用散热片、风扇、水冷等装置实现；导热装置可采用导热性能优异的金属铝、铜、镍、以及/或者银制成。

其中控制模块3可以采用各类单片机、DSP、ARM、FPGA、计算机等实现。

其中转动装置11可以是机械式、液力机械式、静液式（容积液压式）、电力式等。

其中被控目标5上含有对称分布的两个加样区7用于承载PCR反应载体，被控目标5使用导热性好的材质制作而成。所述的PCR反应载体可以是微量滴定板，也可以是生物芯片，也可以是集成流路芯片（如图7所示），其材质可以是环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲脂、聚二甲基硅氧烷、聚碳酸酯、环烯烃共聚物、聚对二甲苯、聚酰亚胺或者聚对苯二酸乙二酯等各种高聚物材料等。

其中检测模块6包括温度传感器和荧光检测模块。

具体实施过程如下：

首先将PCR反应芯片放置于被控目标5的加样区7固定好并使用合适的热盖将芯片密封保温，开始工作时，控制模块3按照设定的程序流程控制温控圆盘10上的第一温控模块1或第二温控模块2对被控目标5放有芯片的加样区7进行温度控制，控制过程如实施例1和实施例2所述。根据流程，当需要被控目标5的加样区7变换第一温控模块1或第二温控模块2时，控制模块3给转动装置11相应的信号，通过转动装置11实现被控目标5的加样区7与温控圆盘10上对应的第一温控模块1或第二温控模块2的物理接触。检测模块6将被控目标5的加样区7的实时温度值反馈给控制模块3。控制模块3通过相关的温度控制算法实现温控模块（第一温控模块1、第二温控模块2）的变温过程。温控过程中，被控目标5的下表面与第一温控模块1或第二温控模块2的上表面物理接触。第一温控模块1或第二温控模块2中加热模块与制冷模块通过导热装置分别进行加热与制冷实现被控目标5的温度控制，散热模块用于降温时散掉体系中多余的热量。根据具体需求，可以通过转动装置11控制被控目标5旋转定位，也可以控制温控圆盘10旋转定位。

所述的温度控制算法可以是PID控制、模糊控制、神经网络控制、自适应控制、Fuzzy—PID控制、Adaptive—PID控制、模糊自适应PID控制等。

根据具体需要，使用检测模块6在PCR反应过程中实时对反应结果进行检测或者终点检测。

实施例4

参见图5，是根据一个具体的实例来解释本发明装置“分时复用”的工作原理。在该实例中使用两个温控模块（第一温控模块1和第二温控模块2）控制被控目标循环实现三个梯度温度值（TA—>TB—>TC—>TA···），一个典型的适用案例是梯度PCR反应。图中使用实线箭头表示温控流程，虚线表示变温流程，TA、TB、TC表示三个目标梯度温度值，t1、t2、t3表示被控目标在对应目标温度下需维持/工作的时间。具体工作流程如下：

开始工作时，被控目标与第一温控模块1物理接触，第一温控模块1变温至指定温度TA并保持t1时间。第二温控模块2利用该t1时间或少于t1时间变温至下一目标温度值TB。实现工作状态的温控模块的控温过程与非工作状态的温控模块的变温过程同步进行。

当t1时间结束，通过传动装置或转动装置将被控目标与第二温控模块2物理接触，第二温控模块2保持指定温度TB并保持t2时间。第一温控模块1利用该t2时间或少于t2时间变温至下一目标温度值TC。

当t2时间结束，通过传动装置或转动装置将被控目标与第一温控模块1物理接触，第一温控模块1保持指定温度TC并保持t3时间。第二温控模块2利用该t3时间或少于t3时间变温至下一目标温度值TA；以此类推，如此反复循环，直至达到所要求的循环数或实现梯度PCR反应时停止。

实施例5

参见图6，是根据一个具体的实例来解释本发明装置另一种工作方法，基于该方法可以有效减小温控模块升温过程中热惯性的影响。在该实例中使用两个温控模块（第一温控模块1和第二温控模块2）控制被控目标循环实现三个梯度温度值（TA—>TB—>TC—>TA···，以TB<TC<TA为例），一个典型的适用案例是梯度PCR反应。TA、TB、TC表示三个目标梯度温度值，t1、t2、t3表示被控目标在对应目标温度下需维持/工作的时间。具体工作流程如下：

开始工作时，被控目标与第一温控模块1物理接触，第一温控模块1变温至指定温度TA并保持t1时间。第二温控模块2利用该t1时间或少于t1时间变温至下一目标温度值TB。实现工作状态的温控模块的控温过程与非工作状态的温控模块的变温过程同步进行。

当t1时间结束，通过传动装置或转动装置将被控目标与第二温控模块2物理接触，第二温控模块2保持指定温度TB并保持t2时间。第一温控模块1利用该t2时间或少于t2时间变温至下一目标温度值TC。

当第二温控模块2此时控温值为TB，下一目标温度值TC时，存在升温过程，可在TB维持时间t2结束时将此时工作状态的第二温控模块2根据实际需求以最大功率或非最大功率升温Δt2时间，直到被控目标达到TC温度值时利用传动装置或转动装置将被控目标与第一温控模块1物理接触，此时的第一温控模块1已利用上一t2工作时间变温至TC并维持。在被控目标与第一温控模块1物理接触保持TC温度的时间t3内，温控模块2利用这段时间t3变温至下一目标温度值TA，以此类推，如此反复循环，直至达到所要求的循环数或实现梯度PCR反应时停止。

该控温方法将每个温控模块（第一温控模块1、第二温控模块2）控制流程分为三个阶段，对应三个不同状态：

（a）正常工作状态1，即温控模块与被控目标物理接触，控制被控目标保持目标温度并维持目标时间；

（b）第一变温状态2，即温控模块与被控目标物理接触，控制被控目标变温至下一工作温度；

（c）第二变温状态3，即温控模块与被控目标不物理接触，处于非工作状态，温控模块变温至下一工作温度；

基于本发明采用该实施例方法本质上消除了升温过程的热惯性和超调现象，有效的解决了传统方法中快速升温与超调现象之间的不可调和问题。其他被控温度变化顺序时操作顺序可以此类推，同时该解决方案可类推至降温环节。需要注意的是，基于本专利的其他控温算法或者策略对本领域内技术人员是显而易见的，以上策略或者方法仅仅是示例性和解释性的而且不限制所要求保护的发明。

Claims (6)

1.一种应用于梯度温度控制的装置，其特征在于，由第一温控模块（1）、第二温控模块（2）、控制模块（3）、传动装置（4）、被控目标（5）和检测模块（6）构成，第一温控模块（1）、第二温控模块（2）与传动装置（4）相连，通过传动装置（4）控制不同温控模块进行移动与被控目标（5）物理接触，控制模块（3）与传动装置（4）相连，控制模块（3）输出控制信号控制传动装置（4）产生相应的动作，控制模块（3）与第一温控模块（1）、第二温控模块（2）相连，控制模块（3）输出控制信号控制温控模块实现温度变化，检测模块（6）与被控目标（5）相连，检测模块（6）用于获取被控目标（5）的实时温度信息和生物化学反应结果，控制模块（3）与检测模块（6）相连，检测模块（6）将获取的信息传输给控制模块（3），控制模块（3）对获取的信号结果进行处理、分析、反馈控制。

2.根据权利要求1所述的一种应用于梯度温度控制的装置，其特征在于，传动装置（4）选用平动装置或纵向传动装置。

3.一种应用于梯度温度控制的装置，其特征在于，由第一温控模块（1）、第二温控模块（2）、控制模块（3）、转动装置（11）、被控目标（5）和检测模块（6）构成，第一温控模块（1）、第二温控模块（2）与转动装置（11）相连，通过转动装置（11）控制不同温控模块进行移动与被控目标（5）物理接触，控制模块（3）与转动装置（11）相连，控制模块（3）输出控制信号控制转动装置（11）产生相应的动作，控制模块（3）与第一温控模块（1）、第二温控模块（2）相连，控制模块（3）输出控制信号控制温控模块实现温度变化，检测模块（6）与被控目标（5）相连，检测模块（6）用于获取被控目标（5）的实时温度信息和生物化学反应结果，控制模块（3）与检测模块（6）相连，检测模块（6）将获取的信息传输给控制模块（3），控制模块（3）对获取的信号结果进行处理、分析、反馈控制。

4.根据权利要求3所述的一种应用于梯度温度控制的装置，其特征在于，转动装置（11）选用绕轴旋转驱动的装置。

5.根据权利要求1或3所述的一种应用于梯度温度控制的装置在梯度温度控制中的应用，其特征在于，通过以下步骤实现：

第一温控模块（1）或第二温控模块（2）只能处于工作状态与非工作状态中的一个状态，处于工作状态的温控模块与被控目标（5）物理接触实现被控目标（5）梯度温度的恒温控制，处于非工作状态的温控模块不与被控目标（5）物理接触，利用被控目标（5）实现梯度温度的控温时间升温或降温到下一个目标梯度温度并保持，实现工作状态的温控模块的恒温控制过程与非工作状态的温控模块的变温过程同步进行，在一个目标梯度温度控温时间段内，使用一个温控模块进入工作状态对被控目标（5）进行目标梯度温度的恒温控制，在下一个目标梯度温度控温时间段内，使用另一个温控模块进入工作状态对被控目标（5）进行目标梯度温度的恒温控制，实现不同的温控模块在不同的控温时间段交替使用。

6.根据权利要求1或3所述的一种应用于梯度温度控制的装置在梯度温度控制中的应用，其特征在于，通过以下步骤实现：

第一温控模块（1）、第二温控模块（2）只能处于工作状态与非工作状态中的一个状态，工作状态的温控模块与被控目标（5）物理接触实现被控目标（5）梯度温度的恒温控制和由此目标梯度温度到下一个目标梯度温度的变温控制，非工作状态的温控模块不与被控目标（5）物理接触，利用被控目标（5）实现目标梯度温度的控温时间升温或降温到下一个目标梯度温度并保持，实现工作状态的温控模块的控温过程与非工作状态的温控模块的变温过程同步进行；在一个目标梯度温度控温时间段内，使用一个温控模块进入工作状态对被控目标（5）进行目标梯度温度的恒温控制，在该目标梯度温度控温时间结束后，继续使用该温控模块对被控目标（5）实现由此目标梯度温度到下一个目标梯度温度的变温控制，该变温过程优选全功率进行控制；在下一个目标梯度温度控温时间段内，使用另一个温控模块进入工作状态对被控目标（5）进行目标梯度温度的恒温控制，实现不同的温控模块在不同的控温时间段交替使用。