CN104498354A - 具有控温囊的聚合酶链式反应热循环仪 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了在受控的温度下进行化学反应的方法和设备。在一种实施方式中，本发明提供的设备包括外壳，该外壳的尺寸能容纳置于所述外壳的内部体积中的反应室。所述反应室具有导热性内表面和外表面，该内表面和外表面在其中界定出具有第一温度的内部体积。该设备还包括至少一种位于所述囊中的具有第二温度的控温物质，并将所述控温物质排出，使该囊膨胀至充分靠近所述反应室的至少部分所述外表面，使得所述控温物质与所述反应室的内部体积之间能够发生热交换。

Description

具有控温囊的聚合酶链式反应热循环仪
技术领域
本发明涉及一种用来进行化学反应的设备，特别是用来进行聚合酶链式反应(PCR)的自动设备。更具体地说，本发明提供了对自动PCR设备中的反应温度进行控制的方法和设备。本发明可以应用于分析化学、分子生物学和过程化学中。
背景技术
聚合酶链式反应(PCR)已经成为生物化学实验室中的主流，其原因在于：这种利用聚合酶酶(例如Taq聚合酶)来对寡核苷酸进行复制的一流的方法已经成为生物技术研究和产品的蓬勃发展中的主要因素。该方法及其应用是本领域技术人员所公知的(Ausubel，Brent等人1992)。简单地说，PCR使寡核苷酸(特别是DNA)能被迅速复制，从而能使寡核苷酸(oligonucleotide)的单拷贝转化为高浓度从而能进行进一步的操作或分析。所述PCR过程包括：使靶寡核苷酸从样品中转移至粗提取物中；向所述提取物中加入含有各种酶、缓冲剂、三磷酸盐(dNTPS)和互补(complimentary)的寡核苷酸引物的水溶液，以形成反应混合物；使反应混合物的温度在两个或三个温度之间进行重复循环(例如，90℃-96℃、37℃-65℃和72℃)，从而使所述靶寡核苷酸的复制能够进行；然后对扩增的寡核苷酸进行检测。还可以包括中间步骤，例如反应产物的提纯和表面弯曲的引物(surface-bendingprimers)的结合。每一个循环都使靶低聚物序列的数量加倍。PCR技术能够使寡核苷酸或寡核糖核苷酸的单个分子扩增约106至约109倍。
由于遗传信息可以用来证实对有机体的个体和类型的识别，并且由于PCR能从非常小的样品中产生可以进行分析的量的遗传物质，因此存在有许多技术以促进PCR在分析作业和法医作业中的应用。具体来说，在执法过程中和军事中广泛地利用PCR来对身份不明的尸体和罪犯进行识别。将PCR应用于国防和国家安全中也属于积极发展生物防御领域内容。而且，医生和医院越来越希望获得能在给予照护过程中使用的便携式PCR技术。这种用途的实例包括：
·筛选血液、唾液或尿液样品中的多种与上呼吸道、肠道或STD(性传播疾病)感染有关的传染病。
·确定传染病是否对抗生素具有耐受性。
·确定感染是病毒性感染还是细菌性感染。
·识别个体对药物不良反应的易感性。
·对癌症类型进行诊断(例如，乳腺癌、前列腺癌、卵巢癌、胰腺癌)。
·识别个体容易患阿尔茨海默式病(alzheimer's disease)的倾向性。
这些应用产生了对自动化PCR设备的大量需求，这些PCR设备能从远程对小样品浓度进行就地处理，从而向研究者和医务工作者提供分析数据。
如以上所提到的，所述PCR过程中的基本操作是热循环，即升高或降低反应温度从而使所述扩增过程能够进行，其中，将反应混合物的温度在约60℃至约95℃之间进行50次或更多次的调节。热循环通常具有四个阶段：将样品加热至第一温度；将所述样品保持在该第一温度下；将所述样品冷却至较低的温度；以及保持该较低温度下的温度。传统的PCR仪器通常使用具有多达96个锥形反应管的铝块(aluminum block)，该反应管中含有样品和扩增所必须的试剂。在所述PCR扩增过程中对该铝块进行加热和冷却，通常使用Peltier加热/冷却设备，或闭环液体加热/冷却体系，该体系在铝块中加工出来的通道内流通。然而，所述铝块的大质量以及铝的传导率将加热和冷却的速率限制为每秒1℃；因此，50次循环的PCR扩增过程需要花费至少2个小时。
此外，所述铝块的冷却速率明显低于加热速率。加热速率和冷却速率之间的不对称降低了PCR过程的效率。例如，不期望的副反应能够在产生不需要的DNA产品的极端条件之间的温度下发生，例如被称为“引物-二聚物”和不规则的扩增子(amplieon)，它们会消耗期望PCR反应所必须的试剂。其他过程，例如配体结合(有机的或酶的)也会在不均匀的温度下发生不期望的副反应，这经常会降低分析的等级。出于这些原因，PCR过程以及类似的生物化学反应过程的最优化的要求是，尽可能快地达到所期望的最佳反应温度，中间温度占去最少的时间。因此，必须将含有试剂的反应器设计为使加热速率和冷却速率最优化，允许实时光学审讯(real time opticalinterrogation)，并接受各种样品体积。
一种自动化PCR体系是美国专利No.5,589,136(Northrup，Raymond P.Mariella等人，1996)中公开的MATCI设备，该专利公开的这种设备对热循环使用了模块法和30次分析：每一次反应在其热循环套管内进行，并且每一个套管本身具有有关的光学激发原和荧光检测器。该热循环套管的低热质使该MATCI设备实现非常快的热循环：可以以最高为30℃/秒的速度对样品进行加热，并且以5℃/秒的速率对样品进行冷却。商品名为GeneXpert(Cepheid，Sunnyvale，加利福尼亚洲)和Razor(Idaho Technology公司)的两种其他可商购得到的系统采用了一次性的流体药筒(fluidic cartridge)，每一个流体药筒含有弹性的反应室，该反应室可以在压力下膨胀从而与设备中的实体加热器(solid heater)紧密接触(Petersen，McMillan等人，1999)。所述Razor采用了弹性的流体袋(fluidic pouch)以及在流体袋内推动反应块状物(reaction slug)的传动装置；所述袋的反应区壁与两个实体加热器紧密接触。在上述两种情况中，所述加热器为实体的，并且所述一次性药筒或袋子中含有一个或多个反应区，每一个反应区具有与所述加热器发生热接触的薄的弹性的壁。在另一种技术中，由Akonni Biosystems(Fredericksburg，MD)售出的商品名为TruDiagnosisTM和TruArrayTM通过使用数百种分子生物传感器而一次就能对样品中数百种疾病标记物迅速地进行筛选，所述分子生物传感器排列在手指甲大小的微阵列上。通过采用微流体通道的阵列对样品进行转化。Akonni技术能在少于30分钟的时间内提供准确的诊断结果，以支持可靠而及时的治疗结果。
虽然如此，目前处理热循环的方法还是有限的，需要依靠一次性组件的弹性以产生与仪器硬件的令人满意的热接触。特别是，提供所需循环特性但不依赖于特定反应室材料的方法和设备提供了降低的成本和更大的效率的期望。本发明满足了这些和其他的需要。
发明内容
本发明提供了用于控制容器(例如反应器)的温度的方法和设备，化学试剂在所述容器中混合，从而在控制的温度下产生反应产物。
第一方面，本发明提供了一种进行化学反应的设备。在一种实施方式中，本发明提供的设备包括外壳，该外壳的尺寸能容纳置于该外壳的内部体积(internal volume)中的反应室。所述反应室具有导热性内表面和外表面，该内表面和外表面界定出具有第一温度的内部体积。该设备还包括至少一个置于其中的导热性控温囊，该囊被构造成接受具有第二温度的控温物质进入该囊中，并将该控温物质从囊中排出。该囊被进一步构造成在接受控温物质时，该囊膨胀至充分靠近所述反应室的至少部分所述外表面，使得所述控温物质与所述反应室的内部体积之间能够发生热交换。
在一些实施方式中，前述的在所述控温物质和所述反应室的内部体积之间的热交换能有效地将所述反应室的内部体积的温度从第一温度改变为第三温度，所述第三温度至少介于所述第一温度和第二温度之间。在更具体的实施方式中，所述控温物质和所述反应室的内部体积之间的热交换能有效地将所述反应室中含有的物质的温度从所述第一温度改变为第三温度，所述第三温度至少介于所述第一温度和第二温度之间。
第二方面，本发明提供了一种用于改变容器的内部体积的温度的方法。本发明的方法包括提供外壳，该外壳的尺寸能容纳置于该外壳的内部体积中的反应室，所述反应室具有导热性内表面和外表面，该内表面和外表面界定出具有第一温度的内部体积。所述外壳还包括至少一个置于该外壳内的导热性控温囊，该囊被构造成接受具有第二温度的控温物质进入该囊中，并将所述控温物质从所述囊中排出。该囊进一步被构造成在接受控温物质时，该囊膨胀至充分靠近所述反应室的至少部分外表面，使得所述控温物质与所述反应室的内部体积之间能够发生热交换。该方法还包括在能有效地使所述囊发生膨胀的条件下加入控温物质，所述膨胀使所述囊与所述反应室的至少部分外表面充分靠近，使得所述控温物质与所述反应室的内部体积之间能够发生热交换。
在一些实施方式中，前述的在所述控温物质和所述反应室内部体积之间的热交换能有效地将所述反应室的内部体积的温度从所述第一温度改变为第三温度，所述第三温度至少介于所述第一温度和第二温度之间。在更具体的实施方式中，所述控温物质和所述反应室内部体积之间的热交换能有效地将所述反应室中含有的物质的温度从所述第一温度改变为第三温度，所述第三温度至少介于所述第一温度和第二温度之间。
在其他的实施方式中，该方法包括将物质加入到所述反应室的内部体积中。在其他的实施方式中，包括使所述囊的膨胀保持一段时间，该段时间足以将所述物质的温度改变为介于所述第一温度和所述第二温度之间的第三温度。在另一种实施方式中，第三温度基本上等于所述第二温度。在其他的实施方式中，所述物质含有PCR反应物的混合物，且所述第三温度能有效地诱导PCR反应。
另一方面，本发明提供了进行化学反应的设备，该设备包括具有导热性内表面和外表面的反应室，所述内表面和外表面在所述反应室内界定出具有第一温度的内部体积。该设备还包括至少一个与所述反应室邻近的导热性控温囊，该囊被构造成接受具有第二温度的控温物质进入该囊中，并将所述控温物质从该囊中排出；并且该囊被进一步构造成在接受所述控温物质时，该囊膨胀至充分靠近所述反应室的至少部分外表面，使得所述控温物质与所述反应室的内部体积之间能够发生热交换。
另一方面，本发明提供了一种用于改变容器的内部体积的温度的方法，该方法包括提供具有导热性内表面和外表面的反应室，所述内表面和外表面在所述反应室内界定出具有第一温度的内部体积。还提供了至少一个与所述反应室邻近的导热性控温囊，该囊被构造成接受具有第二温度的控温物质进入该囊中，并将所述控温物质从该囊中排出。该囊被进一步构造成在接受所述控温物质时，该囊膨胀至充分靠近所述反应室的至少部分外表面，使得所述控温物质与所述反应室的内部体积之间能够发生热交换。该方法还包括在能有效地使所述囊发生膨胀的条件下加入控温物质，所述膨胀使所述囊与所述反应室的至少部分外表面充分靠近，使得所述控温物质与所述反应室的内部体积之间能够发生热交换。
结合附图通过下文描述将使本发明的其他方面和优势变得显而易见。
附图说明
图1A、图1B和图1C描述了根据本发明的一种实施方式的设备。图1A为该设备的局部剖视图；图1B为该设备内部的顶部剖视图，其中囊为充分收缩的状态；图1C为该设备内部的顶部剖视图，其中囊为充气膨胀的状态从而提供与反应器的热接触；
图2为根据本发明的另一种实施方式的设备的局部剖视图，该设备包括多套囊；
图3为阐述了本发明的一种示例性实施方式的示意图；
图4为表示图3中所阐述的实施方式中，加热和冷却作为时间的函数的图表；
图5为表示图3中所阐述的实施方式中，加热和冷却作为时间的函数的图表。
具体实施方式
第一方面，本发明提供了一种用于控制界定的体积的温度的设备。在一种实施方式中，所界定的体积为被构造成容纳化学反应物并在控制的温度下在其内进行化学反应的反应室。在更具体的实施方式中，如图1A中所示1000，本发明提供的设备包括外壳1004。该外壳可以用本领域技术人员公知的材料和设计来构造。所述材料的实例包括但不限于塑料、金属、陶瓷、复合材料等。外壳实施方式的实例包括：所述外壳为轻质结构(例如，薄塑料)、密封的(例如，用于含有有害物质如危险化学品和生物物质的情况)，或能够保持内部空间的真空。因此，在一些实施方式中，所述外壳包括降低所述外壳内(即，内部空间1012内)压力的装置(即，产生真空)；在其他实施方式中，所述外壳包括一个或多个用于加入试剂的入口或端口。所述外壳还可以包括传感器、反应物供给以及其它的本领域技术人员熟悉的元件。更多的设计和说明是本领域技术人员所熟悉的。对材料和设计的具体选择将取决于所述设备的预期功能以及操作条件，这是本领域技术人员可以理解的。
所述设备1000还包括置于所述外壳1012的内部空间内的反应室1008。如图1B和图1C所示，所述反应室包括导热性的外壁1016以及导热性的内壁1020，该外壁1016和内壁1020在反应室1024中界定出内部体积。所述反应室可以用本领域技术人员公知的材料和设计来构造。这些材料的实例包括但不限于塑料、金属、陶瓷、复合材料等。示例性实施方式包括：所述反应室为轻质结构(例如，薄塑料)、密封的(例如，用于含有有害物质如20种危险化学品和生物物质的情况)，或能够保持真空。在一些实施方式中，将所述反应室设计成容纳材料的单一混合物；并且在更具体的实施方式中，所述反应室包括盖或其他的密封件以产生密封的体系。在其他的实施方式中，所述反应室具有基本为管状的设计，材料的混合物能通过该管状在被界定且分离的体积内移动，这通常被称为“块状物”(参见图2)。更多的设计和说明将是本领域技术人员所熟知的。例如，所述反应室可以包括一个或多个用于加入试剂或去除反应产物的入口或端口、内部传感器以及用于外部传感器的窗口。对材料和设计的具体选择将取决于所述设备的预期功能以及操作条件，这是本领域技术人员可以理解的。
再来看图1A，外壳内部还放置了一个或多个控温袋或控温囊1028，所述控温袋或控温囊1028与所述反应室邻近，并被构造成对所述反应室1024的内部体积的温度进行控制、调节或其它的更改。如本领域技术人员可以理解的，所述袋或囊由具有合适的机械性能和热性能的材料组成。合适的材料的实例包括但不限于：硅氧烷、胶乳、聚酯薄膜、聚氨基甲酸酯、聚丙烯、和聚乙烯。在其他的实施方式中，上述的囊含有通过热源(例如电阻加热器或帕尔贴加热器(peltier heater))进行固化的凝胶材料。每一个囊被构造成接受控温物质(如图1C中所示的1036)，例如在控制的温度下的液体或气体，这些控温物质例如通过分别在图1中1028和1032所示的入口和出口加入到囊1028的空腔内(1040，参见图1B)。可以将控温物质存储在储库或其他的储存库中，操作者可以对其中的所述控温物质的温度进行改变。在另一种实施方式中，在加入控温物质后，从所述囊中撤出所述控温物质能通过减少和选择性地防止上述热交换，从而有效地使所述囊还原至上述脱离的状态。因此，通过加入和撤出所述控温物质，可以以受控的方式调整所述内部体积的温度。在一种实施方式中，所述控温物质为水，且所述囊与水回路相连，所述水回路能够向所述囊提供所需温度的水。合适的控温物质、用于调节这种材料的温度的方法以及向所述袋或囊中加入这些物质和从所述袋或囊中撤出这些物质的方法也是本领域技术人员所熟知的。
在一种实施方式中，将所述控温物质加入所述囊内能使所述囊从基本上不邻接的脱离的位置(参见图1B)有效地诱导膨胀至接合的位置，在该接合的位置处所述囊与所述反应室的至少部分外壁1016充分靠近(参见图1C)，因此，通过所述囊和反应室的壁，提供所述控温物质与所述反应室1024的内部体积的热交换。因此，在一种实施方式中，所述反应室的内部体积为第一温度，控温物质为第二温度，而这二者之间的热接触能有效地将所述反应室的内部体积的温度从所述第一温度改变至第三温度，所述第三温度至少介于第一温度和第二温度之间。在更具体的实施方式中，所述第三温度基本上等于第二温度。在更具体的实施方式中，所述反应室的内部体积含有这样的物质，例如反应物或分析物的混合物，该物质的温度在进行前述的热交换前基本上等于所述第一温度，并在进行这种热交换后使其温度基本上等于所述第三温度。在另一种更具体的实施方式中，所述内部体积中含有这样的物质，其第三温度基本上等于第二温度。
可以按照本发明提供的类似方法，将一个、两个或更多个袋或囊安置在与所述反应室邻近(如图2中2000所示)。在此，外壳2004如上文所述的，包括反应室2008，该反应室2008中含有一系列的反应物的块状物2009、2010、2011，这些反应物的块状物被运输通过所述反应室，并与所述反应室2014的内表面接触。与所述反应室最邻近的是两套成对地位于所述反应室2016、2020的相对侧的、并与入口2017和出口2018相连通的控温袋或控温囊，所述入口2017和出口2018按照上文描述的进行操作。在一种实施方式中，所述块状物通过所述反应室的内部体积进行运输，并停在界定的位置处，在该界定的位置上，一个或多个所述囊与所述反应室2038的外壁接合，从而通过如上文所描述的热交换来调节所述块状物的温度。所述囊可以填充有具有单一温度的控温物质，从而由全部的囊提供基本上相同的热交换，或者不同的囊中可以容纳具有不同温度的控温物质。在一些实施方式中，不同的囊中可以含有不同的控温物质以提供不同的热交换性能。
在另一种实施方式中，所述反应室的内部体积中含有的物质(可以为一个或多个块状物的形式)为用于进行PCR反应的试剂的混合物。在更具体的实施方式中，所述反应室为一次性的分析药筒(例如可商购得到的)，所述分析药筒能容纳PCR试剂。在更具体的实施方式中，将所述反应药筒插入所述外壳内，并将所述控温物质加入囊内，由此膨胀并告知所述药筒，使所述反应物加热预定的时间。在选择的时刻，将所述控温物质撤出，所述囊紧缩，从而减少或抑制进一步的热交换。这种脱离的构造能够保持一定的时间，在此之后可以将囊再次进行填充以使所述反应物返回到早期的温度，或者可选择的不同的温度。可以利用在恒定的或变化的温度下的控温物质进行接合或脱离的连续阶段，从而在规定的时间-温度循环中进行反应。这种热循环应该是本领域技术人员所熟知的。
一种具体的实施方式包括单个的静态的反应室，该反应室内含有用于低聚物的PCR扩增的反应物。使一个或多个囊与所述反应室进行接触，每一个囊中含有同样的循环控温物质。使用阀从两个或更多个不同温度的控温物质的储库中转移所述控温物质。从而能通过交换所述囊内的所述控温流体使所述PCR混合物具有不同的温度。在热循环的过程中，将95℃的控温物质循环进入所述囊内进行加热，从而使所述低聚物发生变性，随后将所述控温物质撤出。接着，将60℃的控温物质循环至所述囊内，使所述引物能够发生杂交和扩展，从而产生PCR扩增产物。将这一顺序进行30-50次循环。
在另一种实施方式中，使两个囊与单个反应器相接触，其中，每一个囊中含有不同温度的循环控温物质(例如，一种为95℃，另一种为60℃)。如上文所述的囊的膨胀和收缩确定哪一个囊与所述反应室或通道进行接触。在另一种实施方式中，单个的反应室在一条通道中具有两个或更多个反应区。每个区域与不同的囊交界；并且每个囊具有不同的温度，例如分别为95℃和60℃。所述反应块状物在温度区域之间来回移动以产生所需要的热循环(参见图2，已在上面进行了描述)。
在其他的实施方式中，可以单独使用电阻加热器、帕尔贴或控温的空气或它们的组合来替换上述一个或多个上述的囊。
在另一种实施方式中，用微阵列来替换上述反应室，所述微阵列在每一个微阵列点上具有固定的引物。
实施例
图3提供的示意图对本发明的一种实施方式3000进行了阐述。将本领域技术人员所知晓的具有标准结构的泵3002进行连接，且供水流通经过热交换器3006的输出线3004采用了本领域技术人员公知的材料。从热交换器3008出来的输出线将水输送至第一加热器3010，该第一加热器3010被构造成将水加热至约95℃。随后使水通过分支3012，该分支3012将流入囊单元3014的路径进行分流，所述囊单元3014包括与第一囊3018连接的第一囊支架3016，所述第一囊支架3016基本上与第二囊支架3020相对设置，所述第二囊支架3020与第二囊3022连接。存在于囊单元3014中的水通过第二分支3024再次结合成一条路径，然后流入第二加热器3026，该第二加热器3026被构造成将水加热至约65℃。返回路径3028使水流回泵中。每一个囊的容量为5毫升(ml)，每一个加热器能容纳22ml，而热交换器能容纳5ml和22ml之间。通过使水可逆地在各个加热器和热交换器之间进行循环，所述囊能使容纳与所述囊单元内的样品的温度在规定的起始温度65℃和95℃之间循环。
图4示出了结合图3描述的所述设备的性能。在此，水在约3-4秒的时间内达到约为65℃的初始温度(即，以约9.8℃/s的速度进行加热)，在该温度下保持约1分钟，然后在约5秒内冷却返回至起始温度(即，约为77℃/s的速度)，然后在约10秒内加热至约95℃，在该温度下保持约75-80秒，然后冷却至40℃。
图5示出了结合图3描述的所述设备的性能的第二个实施例。该图中，将容纳于成对的囊中的反应室内的水加热至95℃，并在该温度下保持至少10秒钟，然后在约2秒钟内冷却返回约65℃(即，约为15℃/s的速度)，在该温度下保持约为25秒，在约3秒的时间内加热至约95℃(即，约为10℃/s的速度)，保持该温度约1秒，然后再在约3秒的时间内冷却至约65℃，保持该温度约25秒。如上所述和所示地重复加热和冷却。
在进行上述本发明的方法的一种示例性实施方式中，操作者将用于PCR扩增的样品置于一次性药筒反应室内。将该药筒装载入仪器中，并与放松的(即，脱离的)囊对齐。启动对仪器的操作，并向囊内充入循环控温流体。在对样品进行加工的过程中，使流体储库开始加热以达到操作温度。将加工的样品与PCR试剂在所述药筒上混合，并将混合物移至PCR反应室内。通过阀对两个不同温度(例如，95℃和60℃)的流体储库进行控制，使热循环在取样器反应室内进行。使所述热循环持续进行约30-45个循环。然后将其中含有所需PCR产品的反应混合物移至微阵列元件上。当完成对仪器的操作时，对所述囊进行排泄，因此释放压力从而不再与所述药筒发生接触。接着从所述仪器中取出所述药筒。
结论
因此可以发现，本发明提供了用于控制反应室(特别是用来进行PCR反应的反应室)内的温度的重要的设备和方法。由本文所描述的设备和方法提供的示例性优点包括但不限于以下：
·囊能简化向一次性药筒进行基于流体的热传递，从而能有效且可重复地在料筒中进行热循环。
·排除了气体的囊易于插入包括反应室的一次性药筒。
·囊的利用避免了液体与用于液体循环的一次性药筒的互相联系。
虽然本文中已经描述了各种具体的实施方式和实施例，本领域技术人员应该理解的是，可以在不背离本发明的实质或范围的前提下可以以许多不同的方式来实施本发明。比如说，可以利用一个软件模块或两个以上的软件模块来进行编码和解码。本文中所述的模块可以通过各种技术来实现，并且可以成为操作系统和插件的一部分。其他的改变也是本领域技术人员可以清楚知道的。
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出于所有目的而将下列参考文献的全部结合于此。
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Claims (26)

1.一种用来进行化学反应的设备，所述设备包括:
囊单元，所述囊单元包括：
与第一囊连接的第一囊支架；和
与第二囊连接的第二囊支架；
其中，用控温流体能够使所述第一囊和第二囊膨胀，从而控制所述第一囊和第二囊的温度，其中所述第一囊和第二囊基本上相对设置，并且在两者之间具有空间，使得两个囊在膨胀时能够接触位于所述空间内的反应室；
在将所述控温流体加入所述第一囊和第二囊中之前，用于将所述控温流体加热至预期的温度的装置；
用于将所述控温流体加入所述第一囊和第二囊中并从所述第一囊和第二囊中排出所述控温流体的装置。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一囊和第二囊由选自硅氧烷、胶乳、聚酯薄膜、聚氨基甲酸酯、聚丙烯和聚乙烯的物质制成。
3.根据权利要求1所述的设备，其中用于加热的所述装置包括第一加热器以及与所述第一加热器成流体连通的热交换器。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述第一加热器通过第一分支连接与所述第一囊和第二囊成流体连通。
5.根据权利要求3所述的设备，其中用于加热的所述装置还包括第二加热器，所述第二加热器通过第二分支连接与所述第一囊和第二囊成流体连通。
6.根据权利要求1所述的设备，其中用于将所述控温物质加入所述第一囊和第二囊中并从所述第一囊和第二囊中排出所述控温物质的装置包括泵。
7.根据权利要求1所述的设备，其中所述控温物质为液体。
8.一种加热设备，所述加热设备包括：
第一囊；
与所述第一囊基本上相对设置的第二囊；
与所述第一囊和第二囊成流体连通的第一加热器；
与所述第一囊和第二囊成流体连通的第二加热器；
与所述第一加热器和第二加热器成流体连通的热交换器，以及
泵，
其中用控温流体能够使所述第一囊和第二囊膨胀，从而控制所述第一囊和第二囊的温度。
9.根据权利要求8所述的加热设备，其中所述控温物质为液体。
10.根据权利要求8所述的加热设备，其中所述第一囊和第二囊由选自硅氧烷、胶乳、聚酯薄膜、聚氨基甲酸酯、聚丙烯和聚乙烯的物质制成。
11.根据权利要求8所述的加热设备，其中所述第一加热器通过第一分支连接与所述第一囊和第二囊连接，其中所述第二加热器通过第二分支连接与所述第一囊和第二囊连接。
12.根据权利要求8所述的加热设备，其中所述泵能够使所述控温物质在每个所述第一加热器和第二加热器以及所述热交换器之间可逆地循环。
13.一种用于改变容器内部体积的温度的方法，所述方法包括：
提供囊单元，所述囊单元包括：
与第一囊连接的第一囊支架；和
与第二囊连接的第二囊支架；
其中用控温流体能够使所述第一囊和第二囊膨胀，从而控制所述第一囊和第二囊的温度，其中所述第一囊和第二囊基本上相对设置，并且在两者之间具有空间，使得两个囊在膨胀时能够接触位于所述空间内的反应室；
在能有效地引起所述第一囊和第二囊的膨胀的条件下加入具有第一温度的所述控温流体，以使所述第一囊和第二囊与所述反应室接触，使得所述控温流体与具有第二温度的反应室的内部体积之间能够发生热交换。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法还包括使所述第一囊和第二囊保持所述膨胀从而使所述热交换保持一段时间，该段时间足以将所述反应室的所述内部体积的温度从所述第二温度改变成至少第三温度，所述第三温度介于所述第一温度和所述第二温度之间。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第三温度基本上等于所述第一温度。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法还包括向所述反应室的所述内部体积中加入物质。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述方法还包括使所述第一囊和第二囊的所述膨胀保持一段时间，该段时间足以将所述物质的温度改变成第三温度，所述第三温度介于所述第一温度和所述第二温度之间。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述第三温度基本上等于所述第一温度。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述物质包括多聚酶链式反应的反应物的混合物，且所述第三温度能有效地诱导多聚酶链式反应。
20.一种用于改变容器内部体积的温度的方法，所述方法包括：
提供加热设备，所述加热设备包括：
第一囊；
与所述第一囊基本上相对设置的第二囊；
与所述第一囊和第二囊成流体连通的第一加热器；
与所述第一囊和第二囊成流体连通的第二加热器；
与所述第一加热器和第二加热器成流体连通的热交换器，以及
泵，
其中用控温流体能够使所述第一囊和第二囊膨胀，从而控制所述第一囊和第二囊的温度；
将处于第一温度的具有内部体积的容器放在所述第一囊和第二囊之间；
在能有效地引起所述第一囊和第二囊的膨胀的条件下加入处于第二温度的所述控温流体，以使所述第一囊和第二囊与所述容器接触，使得所述控温流体与所述容器的所述内部体积之间能够发生热交换。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述方法还包括使所述第一囊和第二囊保持所述膨胀从而使所述热交换保持一段时间，该段时间足以将所述容器的所述内部体积的温度从所述第一温度改变成至少第三温度，所述第三温度介于所述第一温度和所述第二温度之间。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第三温度基本上等于所述第二温度。
23.根据权利要求20所述的方法，其中所述方法还包括向所述容器的所述内部体积中加入物质。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述方法还包括使所述第一囊和第二囊的所述膨胀保持一段时间，该段时间足以将所述物质的温度改变成第三温度，所述第三温度介于所述第一温度和所述第二温度之间。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第三温度基本上等于所述第二温度。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述物质包括多聚酶链式反应的反应物的混合物，且所述第三温度能有效地诱导多聚酶链式反应。
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