CN111595659A - 用于测试样品的热处理的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测试样品的热处理的装置。所述装置包括样品保持器以及与样品保持器热接触的一个或多个热电元件。样品保持器包括被构造成保持测试样品耗材的至少两个保持位置。样品保持器包括内部工作流体和中空体，该中空体具有用支柱彼此连接的内底表面和内顶表面。支柱沿着垂直于内底表面的竖直轴线延伸，并且基本上在所述至少两个保持位置之间的距离的中间。还呈现了用于测试样品的热处理的实验室仪器和方法。

Description

用于测试样品的热处理的装置

技术领域

本发明属于体外诊断测试样品处理和分析的领域。在该领域内，本发明涉及用于测试样品的热处理的装置、实验室仪器和方法。

背景技术

在诊断实验室中，在实验室仪器（诸如，分析前仪器、分析仪器和分析后仪器）上加工和分析测试样品。通常，此类实验室仪器包括用于执行对测试样品耗材内的测试样品进行热处理或温度依赖性反应的器件。在分析仪器上执行温度依赖性反应期间，可以确定分析物的存在和浓度（如果需要）或测试样品的参数。为此目的，将包括测试样品的测试样品耗材放置在样品保持器中，该样品保持器可以根据测试方案（protocol）的温度分布（profile）被加热和/或冷却到预定温度或设定点温度。此类温度依赖性反应的品质以及所得分析取决于对样品保持器和测试样品的准确加热和/或冷却。特别地，为了在温度依赖性反应（诸如，核酸扩增反应）期间对分析物进行定量分析，在热循环仪仪器中在样品保持器上可靠地执行温度分布是必不可少的。样品保持器的温度不正确可导致测试结果不正确（升高或降低），或者最坏情况是导致假阴性或假阳性测试结果，从而引起对测试结果的错误解读、不适当的进一步测试、以及开始对患者进行带有潜在危险结果的治疗。

为了对多个测试样品进行高效且同时的热处理，样品保持器可包括多个凹部或放置区域以用于插入或放置多个测试样品耗材，每个测试样品耗材含有测试样品。为了对所有处理过的测试样品进行可比较的定量分析，必须将每个测试样品暴露于（一个或多个）基本上相同的温度历时相同的持续时间。因此，样品保持器应具有高的温度均匀性，使得在加热和/或冷却样品保持器之后，温度在最短时间内遍及样品保持器而均匀地或均等地分布。

US9149809B2和EP1710017A1描述了包括蒸汽腔室的样品保持器，所述蒸汽腔室用于实现样品保持器的高的温度均匀性。蒸汽腔室是用于运输和分布热量的特殊热管。术语热管是为具有内部芯吸结构的密封真空容器所建立的名称，该内部芯吸结构通过内部工作流体的蒸发和冷凝来转移热量。当在热管的一侧（蒸发器区段）处吸收热量时，内部工作流体被汽化，从而在所述热管内产生压力梯度。蒸汽被迫流动到热管的较冷端（冷凝器区段），在此处蒸汽冷凝并将其潜热耗散到周围环境中。经冷凝的内部工作流体在内部芯吸结构内经由重力和/或毛细管作用回流到蒸发器区段。

由于达到样品保持器的均匀温度以及样品保持器本身的热均匀性的速度（pace）或持续时间取决于高效的内部工作流体回流，因此本发明的目的是改善用于测试样品的热处理的常规样品保持器，特别是更好地满足自动化体外诊断测试样品处理的需求。

发明内容

本发明公开了用于测试样品的热处理的装置、实验室仪器和方法。

本发明涉及一种用于测试样品的热处理的装置。所述装置包括样品保持器和一个或多个热电元件。样品保持器包括中空体，该中空体具有彼此相对的内底表面和内顶表面。中空体包括内部工作流体。样品保持器还包括平行于内顶表面的外顶表面。内底表面和内顶表面用沿着垂直于内底表面的竖直轴线延伸的支柱彼此连接。外顶表面包括至少两个保持位置，每个保持位置被构造成保持测试样品耗材或测试样品耗材的一部分。竖直轴线基本上在所述至少两个保持位置之间的距离的中间。而且，所述一个或多个热电元件与中空体热接触。

本发明还涉及一种用于执行测试样品的热处理的实验室仪器。所述实验室仪器包括如本文中所公开的用于测试样品的热处理的装置以及控制装置。控制装置被构造成控制所述一个或多个热电元件以便加热或冷却样品保持器。

本发明还涉及一种在如本文中所公开的用于测试样品的热处理的装置中或在如本文中所公开的用于执行测试样品的热处理的实验室仪器中在测试样品上执行热处理的方法。所述方法包括通过操作所述一个或多个热电元件将测试样品暴露于一个或多个预定温度，其中，测试样品处于由所述至少两个样品保持位置中的一个所保持的测试样品耗材中。

详细描述

本发明涉及一种用于测试样品的热处理的装置。所述装置包括样品保持器和一个或多个热电元件。样品保持器包括中空体，该中空体具有彼此相对的内底表面和内顶表面。中空体包括内部工作流体。样品保持器还包括平行于内顶表面的外顶表面。内底表面和内顶表面用沿着垂直于内底表面的竖直轴线延伸的支柱彼此连接。外顶表面包括至少两个保持位置，每个保持位置被构造成保持测试样品耗材或测试样品耗材的一部分。竖直轴线基本上在所述至少两个保持位置之间的距离的中间。而且，所述一个或多个热电元件与中空体热接触。

如本文中所使用，术语“热处理”涉及用于将测试样品加热和/或冷却到预定的测试样品温度并将测试样品温度保持在该预定的测试样品温度历时预定的持续时间的分析前、分析或分析后测试样品加工步骤。因此，测试样品的热处理可以是在一定温度下温育测试样品历时一定持续时间、测试样品在一定存储温度下历时一定持续时间的存储条件、或测试样品的温度依赖性反应。

测试样品的温度依赖性反应涉及用于在预定的温度条件发展出与测试样品的分析物或分析物相关参数相关联的可检测信号的反应或过程。通常，将测试样品与测试试剂混合。随后，将测试样品/试剂混合物加热和/或冷却到预定的测试样品温度并使其保持在该预定的测试样品温度下历时预定的持续时间，该预定的测试样品温度可与温度分布的预定的设定点温度相关联。测试试剂包括与分析物或与分析物相关的物质反应以发展出可检测信号的物质或溶液，其中，测试样品温度支持或实现了反应。温度依赖性反应的非限制性示例是化学测试反应、免疫测试反应、酶测试反应、分子生物学测试反应、染料染色、凝结测试反应、凝集测试反应。

温度依赖性反应的温度分布涉及如下设定点温度的预定的时间历程，样品保持器被加热/冷却到所述设定点温度、或者样品保持器温度被保持在所述设定点温度下历时预定的持续时间使得测试样品被加热/冷却到预定的测试样品温度、或者测试样品温度被保持在该设定点温度下历时预定的持续时间。温度分布包括至少一个预定的设定点温度，样品保持器在预定的时间点被加热或冷却到所述预定的设定点温度并历时预定的持续时间。在样品保持器上执行温度分布包括：使用由控制装置控制的一个或多个热电元件，在预定的时间点将样品保持器加热或冷却到至少一个设定点温度历时预定的持续时间。因此，温度分布的执行可包括：在预定的时间点加热或冷却样品保持器以达到预定的设定点温度，以及加热或冷却样品保持器以将样品保持器温度保持在所达到的预定的设定点温度历时预定的持续时间。设定点温度可以是这样的温度，即在该温度下支持或实现某些样品处理步骤，诸如分析前、分析或分析后样品处理步骤。例如，某些温度依赖性反应（诸如，化学反应、酶反应或微生物反应）可仅在某些温度下发生，或者在某些温度下可高效。

在一个实施例中，温度分布可仅包括一个设定点温度。例如，在预定的时间点通过所述一个或多个热电元件将样品保持器加热到预定的设定点温度（例如，95℃）历时预定的持续时间（例如，10秒）。而且，之后，样品保持器无需所述一个或多个热电元件的支撑即可冷却到室温。

在另一个实施例中，温度分布可包括两个设定点温度。例如，在第一预定的时间点通过所述一个或多个热电元件将样品保持器加热到第一预定的设定点温度（例如，37℃）历时第一预定的持续时间（例如，3小时）。在第一预定的持续时间期间，可发生温度依赖性反应。之后，在第二预定的时间点（例如，在第一预定的持续时间之后），通过所述一个或多个热电元件将样品保持器冷却到第二预定的设定点温度（例如，4℃）历时预定的持续时间（例如，24小时）。

在另外的实施例中，温度分布包括三个或更多个设定点温度。例如，在第一预定的时间点通过所述一个或多个热电元件将样品保持器加热到第一预定的设定点温度（例如，95℃）历时第一预定的持续时间（例如，30秒）。然后，在第二预定的时间点（例如，在第一持续时间之后）通过所述一个或多个热电元件将样品保持器冷却到第一预定的设定点温度（例如，65℃）历时第二预定的持续时间（例如，30秒）。随后，在第三预定的时间点（例如，在第二持续时间之后）通过所述一个或多个热电元件将样品保持器冷却到第三预定的设定点温度（例如，72℃）历时第三预定的持续时间（例如，2分钟）。历时第一持续时间的第一预定的设定点温度、历时第二持续时间的第二预定的设定点温度和历时第三持续时间的第三预定的设定点温度的序列可限定温度分布的循环，在该循环期间可发生一个或多个温度依赖性反应。而且，在执行温度分布期间，在于第四预定时间点（例如，在温度分布的最后一个循环的第三持续时间之后）通过所述一个或多个热电元件将样品保持器冷却到第四预定的设定点温度（例如，4°C）历时预定的持续时间（例如，24小时）之前，可重复温度分布的该循环多次（例如，四十次）。可在样品保持器上执行此类温度分布，以进行核酸扩增反应，如下文进一步所描述。

如本文中所使用，术语“测试样品”涉及患者的标本（例如，血清、血浆、全血、尿液、粪便、痰、脑脊液、骨髓、组织等），可以使用温度依赖性反应从该标本确定分析物或感兴趣参数的存在和（如果需要）浓度。由于在某个时间从个体患者获取测试样品，因此对于每个测试样品来说，对应的分析物或感兴趣参数是唯一的。

如本文中所使用，“样品保持器”涉及适于接收、保持和/或释放含有测试样品和/或测试试剂的至少一个测试样品耗材的器件。样品保持器包括中空体，该中空体具有彼此相对的内底表面和内顶表面。中空体可由诸如铜、铝、银或金之类的金属制成。金属可以是烧结金属。替代地，中空体可由铜合金、铝合金、银合金或金合金制成。合金可以是烧结合金。中空体可具有立方体形状。中空体包括内部工作流体。在中空体内部的内部工作流体的蒸发和冷凝用于将热量从中空体的内表面中的一个转移到另一个。例如，中空体的内底表面可以是蒸发器区段，其中热量由所述一个或多个热电元件提供并在内底表面处被吸收。内部工作流体被汽化，并且可在中空体内产生压力梯度。而且，中空体的内顶表面可以是蒸汽被迫流到的冷凝器区段，在该处蒸汽进行冷凝并将其热量耗散到中空体的外顶表面，且然后耗散到测试样品耗材。随后，经冷凝的内部工作流体经由重力或毛细管作用回流到内底表面。

样品保持器还包括平行于内顶表面的外顶表面。外顶表面包括至少两个保持位置，每个保持位置被构造成保持测试样品耗材或测试样品耗材的一部分。

在一个实施例中，外顶表面在所述至少两个保持位置中的每一个处包括凹部或放置区域。而且，每个凹部或放置区域被构造成以可以促进样品保持器和测试样品耗材之间的热交换的方式来接收、容纳和释放测试样品耗材或测试样品耗材的一部分。凹部或放置区域的几何形状或形状可适应于测试样品耗材的几何形状或形状，从而在样品保持器和测试样品耗材之间实现最佳的双向热通量。凹部可具有柱形、锥形或立方体形状。放置区域可具有平坦的表面，该平坦的表面具有形成框架的突起，该框架用于准确而可靠地放置测试样品耗材。替代地，多个放置区域的突起可形成用于准确而可靠地放置测试样品耗材的公共框架。

如本文中所使用，术语“测试样品耗材”涉及适于接收、存储、运输和/或释放内容物的器件，所述内容物诸如为测试样品（例如，血液、尿液、血清、血浆或液化活检样品、组织等）、测试试剂（例如，用于免疫化学测试、临床化学测试、凝结测试、血液学测试、分子生物学测试、染料染色等）或其组合。取决于测试样品耗材的内容物，样品加工步骤或对测试样品的热处理、和材料制造商以及测试样品耗材的尺寸（比如直径、侧长度、高度和几何形状）发生变化。

在具体实施例中，测试样品耗材是被构造成由凹部接收的测试样品容器，其中，测试样品容器被构造成接收、存储、运输和释放测试样品。样品容器可以是具有柱形、锥形或立方体形状的容器。样品容器可具有封闭的底部和开放的顶部。柱形容器的封闭的底部可以是圆状的，并且开放的顶部可以是可封闭的（例如，通过帽）。单个柱形或锥形分离容器的非限制性示例是本领域中众所周知的主要或次要样品容器。替代地，可将两个或更多个样品容器布置为被构造成由样品保持器的多个凹部接收的多测试样品容器组件。此类多测试样品容器组件的非限制性示例是本领域中众所周知的多孔板。

在另一个具体实施例中，测试样品耗材是被构造成由放置区域接收的微流体装置，其中，微流体装置被构造成接收、存储、运输和释放测试样品。微流体装置可包括与孔阵列流体连通的至少一个流动通道，所述孔旨在作为用于至少一个测试样品的温度依赖性反应的反应室。可如在EP3300801A1的图1中的附图标记1和对应描述中所描述的那样设计微流体装置。

在另外的具体实施例中，测试样品耗材是被构造成由放置区域接收的测试样品载体，其中，测试样品载体被构造成接收、存储、运输和释放测试样品。测试样品载体可以是小而平坦的玻璃或塑料矩形件，一个或多个测试样品可以定位在其上以进行分析。测试样品载体的非限制性示例是显微镜载片，一个或多个组织切片可以安装在其上以进行染料染色和随后的成像或显微镜研究。显微镜载片还可包括定位在显微镜载片上的盖片。

中空体的内底表面和内顶表面用沿着垂直于内底表面的竖直轴线延伸的支柱彼此连接。而且，竖直轴线基本上在所述至少两个保持位置之间的距离的中间。因此，在一般制造精度的范围内，支柱定位在所述至少两个保持位置之间。因为温热的测试样品包括热质量，因此如果具有温热的测试样品的测试样品耗材由所述至少两个保持位置保持，则内部工作流体首先在支柱位置处在内顶表面上冷凝。因此，在所述至少两个保持位置之间连接内底表面和内顶表面的支柱可改善内部工作流体回流，且因此改善达到样品保持器的均匀温度的速度或时间。

如本文中所使用，术语“支柱”涉及连接中空体的内底表面和内顶表面的竖直结构，以用于引导式地且高效地使经冷凝的内部工作流体从中空体的内表面中的一个回流到另一个。经冷凝的内部工作流体可经由毛细管作用从内顶表面回流到内底表面并受重力的支撑。此外，支柱可具有支撑功能并有助于中空体的稳定性。取决于中空体的设计，凹部或放置区域的几何形状和布置、支柱的尺寸（比如直径、侧长度、高度和几何形状）发生变化。在一个实施例中，支柱包括柱形形状。替代地，支柱可具有锥形或立方体形状。支柱可以是实心的或中空的。

在另外的实施例中，支柱包括具有轴向沟槽的表面。轴向沟槽可以以竖直和平行的方式或以螺旋的方式延伸遍及表面。轴向沟槽可使支柱表面增大，且因此可有助于内部工作流体的更高效回流。

在一个实施例中，支柱包括芯吸结构。芯吸结构可由毛细管、狭窄空间、孔隙或格子（lattice）结构组成，以将工作液体从中空体的内顶表面（冷凝器区段）移动到内底表面（蒸发器区段）。因此，芯吸结构支持支柱的毛细管作用，并且使得工作液体能够在没有外力（比如重力）的帮助下流动。芯吸结构可由各种材料和方法构建。

在支柱的具体实施例中，芯吸结构是多孔结构。因此，支柱可由包括孔隙的多孔材料制成。孔隙是容许内部工作流体有效吸收或通过的任何种类的微小开口或裂缝。因此，孔隙可进一步改善支柱的毛细管作用。

在更具体的实施例中，多孔结构由烧结金属或烧结合金制成。如本文中所使用，术语“烧结金属”或“烧结合金”涉及通过粉末冶金的过程由不同类型的金属和合金制成的固体（solid）产品。例如，支柱的多孔结构可由烧结铜、烧结铝、烧结银、烧结金、烧结铜合金（例如，青铜、黄铜等）、烧结铝合金、烧结银合金或烧结金合金制成。

在一个实施例中，支柱是两个或更多个子支柱的组件。中空体的内底表面和内顶表面通过组件的每个子支柱彼此连接。组件包括水平周界（horizontal circumference）和垂直于内底表面并在水平周界的中心的另外的竖直轴线。子支柱布置在组件的水平周界内或沿着组件的水平周界布置。而且，另外的竖直轴线与竖直轴线对准。每个子支柱可包括芯吸结构。每个子支柱可包括柱形形状。每个子支柱还可包括具有轴向沟槽的表面。每个子支柱的芯吸结构可以是由烧结金属或合金制成的多孔结构。每个子支柱的芯吸结构可改善支柱的总毛细管作用。组件的水平周界可具有任何几何形式（例如，圆、三角形、正方形等），并且子支柱可在水平周界内或沿着水平周界对称或不对称地按顺序布置。在一个实施例中，多个子支柱可沿着水平周界以等距的方式布置。可选地，子支柱可定位在水平周界的中心。在一般制造精度的范围内，组件定位在所述至少两个保持位置之间。因为温热的测试样品包括热质量，因此如果具有温热的测试样品的测试样品耗材由所述至少两个保持位置保持，则内部工作流体首先在内顶表面上以及在组件的中心冷凝。因此，在所述至少两个保持位置之间将内底表面和内顶表面与多个子支柱连接的组件可进一步改善内部工作流体回流，且因此改善达到样品保持器的均匀温度的速度或时间。

在另外的具体实施例中，支柱是3D打印产品。如本文中所使用的术语“3D打印产品”涉及通过3D打印的过程制成的固体产品。3D打印机可以用由金属、合金、烧结金属或烧结合金组成的细丝生产几乎可自由成形的支柱。

在装置的一个实施例中，中空体由第一金属、第一烧结金属、第一合金或第一烧结合金制成。支柱由第二金属、第二烧结金属、第二合金或第二烧结合金制成。而且，第一金属、第一烧结金属、第一合金或第一烧结合金与第二金属、第二烧结金属、第二合金或第二烧结合金相同或不同。

在具体实施例中，第一金属或第一烧结金属是铜、铝、银或金。第一合金或第一烧结合金是铜合金、铝合金、银合金或金合金。第二金属或第二烧结金属是铜、铝、银或金。而且，第二合金或第二烧结合金是铜合金、铝合金、银合金或金合金。作为非限制性示例，中空体可由铝或铝合金制成，并且支柱可由烧结铜或烧结铜合金制成。这样，通过使中空体的热扩散功能的效率最大化，可以将中空体的重量和成本两者都降低到最小。由于期待支柱含有比中空体的外壁更小的体积，因此仅支柱可由更昂贵和更重的烧结铜或烧结铜合金制成。然而，铜的热导率略好于铝。而且，除了内部工作流体之外，由铜或铜合金制成的支柱还可进一步改善热扩散。

在一个实施例中，中空体和支柱由一个单一件组成，其中，所述单一件是3D打印产品。因此，在支柱和中空体的内底表面/内顶表面之间不存在间隙或裂口，这允许有效的内部工作流体回流。附加地，由于在制造中空体期间未出现泄漏的焊缝，因此可确保中空体的紧密性。3D打印机可以生产包括用于支柱和中空体的相同或不同的金属、合金、烧结金属或烧结合金的单一件。

在替代性实施例中，中空体由包括内顶表面的中空体顶部分和包括内底表面的中空体底部分组成。支柱由支柱顶部分和支柱底部分组成。支柱顶部分为中空体顶部分所包括，并且支柱底部分为中空体底部分所包括。而且，中空体顶部分固定在中空体底部分上，以形成中空体和支柱。例如，中空体顶部分可通过任何合适的手段（例如，通过焊接）固定在中空体底部分上，使得产生紧密的中空体。而支柱顶部分可通过锁定机构连接到支柱底部分。作为此类锁定机构的非限制性示例，支柱顶部分可包括销，该销配合到支柱底部分的销孔中。

在更具体的实施例中，支柱顶部分通过任何合适的手段（例如，通过钎焊、焊接、胶合、压力固定（比如，夹紧或螺钉拧紧））附接或安装在中空体顶部分的内顶表面上，使得支柱顶部分与中空体的内顶表面直接接触。而且，支柱底部分通过任何合适的手段（例如，通过钎焊、焊接、胶合、压力固定（比如，夹紧或螺钉拧紧））附接或安装在中空体底部分的内底表面上，使得支柱底部分与中空体的内底表面直接接触。

在另一个具体实施例中，中空体顶部分和支柱顶部分由一个单一件组成，并且中空体底部分和支柱底部分由另一个单一件组成。而且，两个单一件都是3D打印产品，它们可通过任何合适的手段（例如，通过焊接）固定在一起以形成中空体和支柱。

在一个实施例中，外顶表面为中空体所包括，其中，内顶表面的形状适应于外顶表面。因此，样品保持器可仅由中空体组成。而且，用于测试样品耗材的凹部或放置区域可为中空体的外顶表面和内顶表面所包括，或由中空体的外顶表面和内顶表面形成。

在一个实施例中，样品保持器还包括热块，并且外顶表面为该热块所包括。中空体基本上是平面的，并且热块位于中空体上。因此，样品保持器可以是包括中空体和热块的组件。热块可具有立方体形状，并且可包括一个或多个凹部或放置区域。而且，每个凹部或放置区域被构造成以可以促进样品保持器和测试样品耗材之间的热交换的方式来接收、容纳和释放测试样品耗材或测试样品耗材的一部分。在一个实施例中，热块由铜、铝、银、铜合金、铝合金、银合金或金合金制成。热块可与具有基本上平面形状的中空体直接热接触。可如在EP1710017A1的图1中的附图标记1、4和6和对应描述中所描述的那样设计样品保持器的热块和中空部。

在具体实施例中，热块安装在中空体上。例如，热块通过任何合适的手段（诸如例如，胶水或机械紧固件元件（例如，螺钉））附接在中空体的外顶表面处，使得热块与中空体的外顶表面直接接触以实现有效的双向热通量。

在另一个具体实施例中，中空体和热块由一个单一件组成，其中，所述单一件是3D打印产品。由于在中空体和热块之间不存在间隙或裂口，因此可改善中空体和热块之间的双向热通量的效率。3D打印机可以生产包括用于热块和中空体的相同或不同的金属、合金、烧结金属或烧结合金的单一件。替代地，如上文所描述的中空体顶部分包括热块。

装置还包括与中空体热接触的一个或多个热电元件。如本文中所使用，术语“热电元件”涉及用于加热和/或主动冷却样品保持器的装置。因此，所述一个或多个热电元件用作温度控制器，其将样品保持器加热抑或冷却到温度分布的至少一个预定温度或设定点温度。热电元件是由半导体材料制成的固态热泵，所述半导体材料包括夹在陶瓷板或其他绝缘材料之间的一系列p型和n型半导体对或结。当电子从p型元素中的低能级传递到n型元素中的更高能级时，热量在冷结处被这些电子吸收。在热结处，当电子从高能n型元素移动到低能p型元素时，能量被排出到例如散热器。dc电源提供能量，以使电子移动通过系统。所泵送的热量的量与流过热电元件的电流的量成比例，且因此有可能进行严格的温度控制。通过使电流反向，热电元件可以用作加热器或冷却器，这对控制在样品保持器上执行温度分布可以是有用的。由于遍及小区域泵送相对大量的热量，因此热电元件一般可能需要散热器来将热量耗散到周围环境中。一种众所周知的热电元件是珀耳帖元件。

在具体实施例中，所述一个或多个热电元件包括一个或多个电沉积（electrodeposited）热电元件。电沉积热电元件涉及通过电沉积p型元素和n型元素制成或制造的热电元件。电沉积是包括电涂覆、电子涂覆、阴极电沉积、阳极电沉积和电泳涂覆或电泳涂漆的过程。该过程的特征性特征是，悬浮在液体介质中的胶体颗粒在电场（电泳）的作用下迁移并沉积在电极上。可以用于形成稳定悬浮液并且可以携带电荷的所有胶体颗粒均可以用于电泳沉积。这包括诸如聚合物、颜料、染料、陶瓷、硅酸盐、类金属（=半金属）和金属之类的材料。该过程对于将材料施加到任何导电表面是有用的。由于电沉积实现了p型元素和n型元素的高度颗粒状排列，因此电沉积热电元件具有高柔韧性并且可以以相当低的努力单独地成型。可如在EP3290119A1的图1至图8中的附图标记48和对应描述中所描述的那样设计电沉积热电元件。

在一个实施例中，装置还包括与所述一个或多个热电元件热接触的散热器。所述一个或多个热电元件可安置在样品保持器和散热器之间。因此，可将热量从样品保持器去除并转移到散热器，散热器将热量耗散到周围环境中。可如在EP3290119A1的图1、图2、图3、图4、图6、图7、图8中的附图标记30和对应描述中所描述的那样设计散热器。

在更具体的实施例中，散热器是另外的中空体。另外的中空体可包括彼此相对且平行的另外的内底表面和另外的内顶表面。另外的中空体可由诸如铜、铝、银或金之类的金属制成。替代地，另外的中空体可由铜合金、铝合金、银合金或金合金制成。金属可以是烧结金属，并且合金可以是烧结合金。另外的中空体可具有立方体形状。另外的中空体可包括另外的内部工作流体。在另外的中空体内部的另外的内部工作流体的蒸发和冷凝用于将热量从另外的中空体的另外的内表面中的一个转移到另一个。例如，当由所述一个或多个热电元件提供的热量在另外的中空体的另外的内顶表面（另外的中空体的蒸发器区段）处被吸收时，内部工作流体被汽化，从而在另外的中空体内产生压力梯度。蒸汽被迫流到中空体的较冷的另外的内底表面（中空部的冷凝器区段），在该处蒸汽进行冷凝并将其热量耗散到周围环境。

在一个实施例中，另外的中空体的另外的内顶表面和另外的内底表面可用另外的支柱彼此连接。支柱和另外的支柱可沿着垂直于内底表面和另外的内底表面的同一竖直轴线或沿着不同的竖直轴线延伸。另外的支柱可包括芯吸结构和柱形形状。另外的支柱还可包括具有轴向沟槽的表面。芯吸结构可以是由烧结金属或合金制成的多孔结构。芯吸结构可支持另外的支柱的毛细管作用，并且使得工作液体能够在没有重力的帮助下或甚至在与重力相反的情况下从另外的内底表面流到另外的内顶表面。由于热量均匀地分布在另外的中空体上，因此热量也可以被均匀地耗散，且因此有效地耗散到环境中，这改善了冷却的效率。

在一个实施例中，另外的支柱可以是两个或更多个另外的子支柱的另外的组件。另外的中空体的另外的内底表面和另外的内顶表面可通过另外的组件的每个另外的子支柱彼此连接。另外的组件可包括另外的水平周界和垂直于另外的内底表面并在另外的水平周界的中心的另外的竖直轴线。另外的子支柱可布置在另外的组件的另外的水平周界内或沿着另外的组件的另外的水平周界布置。而且，附加的竖直轴线可与竖直轴线对准。每个另外的子支柱可包括芯吸结构。每个另外的子支柱可包括柱形形状。每个另外的子支柱还可包括具有轴向沟槽的表面。每个另外的子支柱的芯吸结构可以是由烧结金属或合金制成的多孔结构。每个子支柱的芯吸结构可改善另外的支柱的总毛细管作用。另外的组件的另外的水平周界可具有任何几何形式（例如，圆、三角形、正方形等），并且另外的子支柱可在另外的水平周界内或沿着另外的水平周界对称或不对称地按顺序布置。在一个实施例中，多个另外的子支柱可沿着另外的水平周界以等距的方式布置。可选地，另外的子支柱可定位在另外的水平周界的中心。

本发明还涉及一种用于执行对测试样品的热处理的实验室仪器。所述实验室仪器包括如本文中所公开的用于对测试样品的热处理的装置以及控制装置。控制装置被构造成控制所述一个或多个热电元件以便加热或冷却样品保持器。

如本文中所使用，术语“实验室仪器”涉及被构造成根据温度分布的预定温度或温度分布来加工或处理测试样品的任何分析前、分析或分析后仪器。分析前仪器可以通常用于对测试样品的初步加工或处理。分析仪器可以被设计成例如使用测试样品或测试样品的一部分以及测试试剂，以便产生可测量信号，基于该可测量信号，有可能确定是否存在分析物以及（如果需要）浓度是多少。分析后仪器可以通常用于对测试样品的后加工或处理，比如在某些温度条件下对测试样品进行存档。实验室仪器可包括例如来自以下装置的组中的至少一个装置：用于分选测试样品或测试样品耗材的分选装置、用于移除样品容器上的帽或封闭件的帽移除装置、用于将帽或封闭件配合在样品容器上的帽配合装置、用于移除样品容器上的帽或封闭件/将帽或封闭件配合在样品容器上的帽移除/配合装置、用于对测试样品和/或测试试剂进行移液的移液装置、用于对测试样品和/或测试试剂进行等分的等分装置、用于对测试样品和/或测试试剂进行离心的离心装置、用于加热和/或冷却样品保持器的一个或多个热电元件、用于保持含有测试样品和/或测试试剂的测试样品耗材的样品保持器、用于混合测试样品和/或测试试剂的混合装置、用于隔离测试样品的分析物的隔离装置、用于存储测试样品和/或测试试剂的存储装置、用于对测试样品和/或测试试剂进行存档的存档装置、用于确定测试样品耗材类型的测试样品耗材类型确定装置、用于确定测试样品品质的测试样品品质确定装置、用于识别测试样品耗材的测试样品耗材识别装置、用于检测测试样品的分析物的检测装置。此类实验室仪器是本领域中众所周知的。

如本文所使用的术语“控制装置”涵盖包括处理器的任何物理或虚拟处理装置，该处理器被构造成以通过实验室仪器进行测试样品加工步骤的方式来控制实验室仪器。控制装置的处理器可例如指示实验室仪器进行分析前、分析后和分析测试样品加工步骤。控制装置可从数据管理单元接收关于需要对某个测试样品执行哪些步骤的信息。控制装置的处理器可例如被具体实施为适应于执行计算机可读程序的可编程逻辑控制器，该计算机可读程序被提供有用以执行实验室仪器的操作的指令。此类操作的一个示例是控制一个或多个热电元件，以便在预定的时间点将样品保持器加热或冷却到温度分布的至少一个预定温度或设定点温度历时预定的持续时间。

在一个实施例中，实验室仪器还包括：光源，其被构造成朝向所述至少两个保持位置发射光；以及检测器，其被构造成检测从所述至少两个保持位置发射的光。因此，光源被构造成朝向所述至少两个保持位置发射光，使得可照亮测试样品耗材中的测试样品。作为非限制性示例，光源可以是发光二极管（LED）、卤素灯、氙气灯或激光。朝向所述至少两个保持位置发射的光可与测试样品的分析物、分析物相关参数或分析物相关物质相互作用，从而导致从所述至少两个保持位置发射光。作为非限制性示例，所发射的光和分析物、分析物相关参数或分析物相关物质之间的相互作用可基于反射、散射、包括荧光的吸收、发光、折射、光学活性和光电效应。从所述至少两个保持位置发射的光的强度可由检测器测量。作为非限制性示例，检测器包括单个光电二极管、光电二极管阵列、电荷耦合装置（CCD）、互补金属氧化物半导体（CMOS）传感器或光电倍增管（PMT）或其阵列。基于测得的光强度，可计算出所分析的测试样品的测试结果。而且，测试结果可指示测试样品中分析物、分析物相关参数或分析物相关物质的存在和/或浓度。

在一个实施例中，由实验室仪器执行的对测试样品的热处理是温度依赖性反应。

在更具体的实施例中，由实验室仪器执行的对测试样品的热处理是核酸扩增反应。如本文中所使用，术语“核酸扩增反应”涉及分子生物学中用以将DNA片段的单个拷贝或几个拷贝扩增到DNA片段的可检测量的拷贝的方法或反应，这涉及与聚合酶的重复的温度依赖性反应。在样品保持器上执行温度分布的一个循环期间，可发生一种此类温度依赖性反应。而且，温度分布的每个循环可包括至少三个离散的设定点温度。例如，温度分布的每个循环可包括核酸扩增反应的变性阶段的第一设定点温度和第一持续时间（例如，95℃历时30秒）、退火（annealing）阶段的第二设定点温度和第二持续时间（例如，65℃历时30秒）以及延伸阶段的第三设定点温度和第三持续时间（例如，72℃历时2分钟）。通常，核酸扩增反应的温度分布由20至40个重复的循环组成，直到产生DNA片段的可检测量的拷贝为止。对DNA片段的拷贝的检测可以在核酸扩增反应完成之后或实时地在核酸扩增反应期间进行。

本发明还涉及一种在如本文中所公开的用于对测试样品的热处理的装置中或在如本文中所公开的用于执行对测试样品的热处理的实验室仪器中执行对测试样品的热处理的方法。所述方法包括通过操作所述一个或多个热电元件将测试样品暴露于一个或多个预定温度，其中，测试样品处于由所述至少两个样品保持位置中的一个所保持的测试样品耗材中。

附图说明

图1示出了根据本发明的用于测试样品的热处理的装置的实施例。

图2描绘了根据本发明的用于测试样品的热处理的装置的另外的实施例。

图3示出了根据本发明的用于测试样品的热处理的装置的另一个实施例。

图4示出了根据本发明的用于测试样品的热处理的装置的附加实施例。

图5描绘了根据本发明的用于测试样品的热处理的装置的另外的实施例。

图6示出了根据本发明的装置的附加实施例。

图7示出了根据本发明的实验室仪器的实施例。

具体实施方式

图1A至图1B示出了用于测试样品的热处理的装置10的实施例的侧视图和俯视图。如图1A中所示，用于测试样品的热处理的装置10包括样品保持器12和一个或多个热电元件14。样品保持器12包括中空体16，该中空体具有彼此相对的内底表面18和内顶表面20。所述一个或多个热电元件14与中空体16热接触。在所示的实施例中，中空体16的内底表面18和内顶表面20彼此平行。中空体16包括内部工作流体（未示出）。样品保持器12还包括平行于内顶表面20的外顶表面22。在所示的实施例中，外顶表面22为中空体16所包括。内底表面18和内顶表面20用沿着垂直于内底表面18的竖直轴线26延伸的支柱24彼此连接。如图1A和图1B中所示，外顶表面22包括两个保持位置28。保持位置28在图1B中用十字形位置标记指示。每个保持位置28被构造成保持测试样品耗材30。在所示的实施例中，外顶表面22在所述至少两个保持位置28中的每一个处包括放置区域36。而且，每个放置区域36被构造成以可以促进样品保持器22和测试样品耗材30之间的热交换的方式来接收、容纳和释放测试样品耗材30。放置区域36可具有平坦的表面，该平坦的表面具有形成框架35的突起，该框架用于准确而可靠地放置测试样品耗材30（例如，测试样品载体，诸如方形（quadratic）显微镜载片）。如图1A和图1B中进一步所示，竖直轴线26基本上在所述至少两个保持位置28之间的距离32的中间。

图2A至图2B描绘了用于测试样品的热处理的装置10的另外的实施例的俯视图。如图2A中所示，样品保持器12的中空体16的外顶表面22包括四个保持位置28，如用四个十字形位置标记所指示的。不用说，保持位置的数量可取决于待同时分析的测试样品的数量而变化。中空体16的外顶表面22在四个保持位置28中的每一个处包括四个放置区域。这些放置区域可具有平坦的表面，该平坦的表面具有形成框架35的突起，该框架用于准确而可靠地放置测试样品耗材30（例如，测试样品载体，诸如方形（quadratic）显微镜载片）。如图2A上进一步所示，样品保持器12的中空体16包括三个支柱24。每个支柱24基本上在至少两个保持位置28之间的距离32的中间。

替代地，如图2B中所示，每个保持位置28被构造成保持测试样品耗材30的一部分。如图2B中所示，样品保持器12的中空体16的外顶表面22包括四个保持位置28，如用四个十字形位置标记所指示的。而且，中空体16的外顶表面22在四个保持位置28中的每一个处包括四个放置区域。两个放置区域的突起可形成用于准确而可靠地放置测试样品耗材30（例如，诸如矩形显微镜载片的矩形测试样品载体）的公共框架37。如图2B上进一步所示，样品保持器12的中空体16包括三个支柱24。每个支柱24基本上在至少两个保持位置28之间的距离32的中间。

图3A至图3B示出了用于测试样品的热处理的装置10的另外的实施例的侧视图和俯视图，该装置包括样品保持器12和一个或多个热电元件14。样品保持器12包括中空体16，该中空体具有彼此相对的内底表面18和内顶表面20，如图3A中所示。所述一个或多个热电元件14与中空体16热接触。中空体16包括内部工作流体（未示出）。样品保持器12还包括平行于内顶表面20的外顶表面22。在所示的实施例中，外顶表面22为中空体16所包括。内底表面18和内顶表面20用沿着垂直于内底表面18的竖直轴线26延伸的支柱24彼此连接。如图3A中所示，外顶表面22包括两个保持位置28，每个保持位置被构造成保持测试样品耗材30。在图3B中，所述两个保持位置28用两个十字形位置标记指示，并且未示出测试样品耗材。在所示的实施例中，外顶表面22在所述至少两个保持位置28中的每一个处包括锥形凹部34。而且，每个锥形凹部被构造成接收、容纳和释放测试样品耗材30（例如，锥形测试样品容器）。如图3A和图3B中进一步所示，竖直轴线26基本上在所述至少两个保持位置28之间的距离32的中间。

图4描绘了用于测试样品的热处理的装置10的另外的实施例，该装置包括样品保持器12和一个或多个热电元件14。样品保持器12包括热块40和中空体16。样品保持器12的外顶表面22为热块40所包括。如图4中所示，外顶表面22包括两个保持位置28，每个保持位置被构造成保持测试样品耗材30。在所示的实施例中，外顶表面22在所述至少两个保持位置28中的每一个处包括锥形凹部34。而且，每个锥形凹部34被构造成接收、容纳和释放测试样品耗材30（例如，锥形测试样品容器）。替代地，外顶表面22可在所述至少两个保持位置28中的每一个处包括放置区域。而且，每个放置区域被构造成接收、容纳和释放测试样品耗材或测试样品耗材的一部分（例如，测试样品载体，诸如如图1A中所示的显微镜载片）。中空体16基本上是平面的，并且热块40位于中空体16上。中空体16包括内底表面18和内顶表面20，所述内底表面和内顶表面彼此相对且平行并且用沿着垂直于内底表面18的竖直轴线26延伸的支柱24彼此连接。如图4中进一步所示，竖直轴线26基本上在所述至少两个保持位置28之间的距离32的中间。

图5A至图5B示出了根据本发明的用于测试样品的热处理的装置10的另外的实施例的俯视图。如图5A中所示，样品保持器12的中空体16的外顶表面22包括九个保持位置28，如用九个十字形位置标记所指示的。不用说，保持位置的数量可取决于待同时分析的测试样品的数量而变化。因此，样品保持器可包括多于九个的保持位置，例如96或384或1536个保持位置。中空体16的所示的外顶表面22在九个保持位置28中的每一个处包括九个凹部34。这些凹部可具有被构造成接收、容纳和释放测试样品耗材（例如，锥形测试样品容器（未示出））的锥形形状。替代地，九个凹部可被构造成接收、容纳和释放多测试样品容器组件，诸如多孔板。如图5A上进一步所示，样品保持器12的中空体16包括十六个支柱24。而且，每个支柱24基本上在至少两个保持位置28之间的距离的中间。

如图5B中所示，支柱可以是两个或更多个子支柱64的组件62。在所示的实施例中，组件62包括三个子支柱64。中空体16的内底表面和内顶表面通过组件62的子支柱64中的每一个彼此连接。所示的组件62包括水平三角形周界66。组件包括垂直于内底表面18并在水平周界66的中心68中的另外的竖直轴线。三个子支柱64可沿着组件62的水平三角形周界66以等距的方式布置，例如在水平三角形周界66的每个拐角处。

图6A至图6B描绘了用于测试样品的热处理的装置10的另外的实施例。如图6A中所示的装置10包括如图4中更详细地描述的样品保持器12。替代地，装置10可包括如图1A或图3A中所描述的样品保持器12。装置10包括与样品保持器12的中空体16热接触的一个或多个热电元件14。装置10还可包括与所述一个或多个热电元件14热接触的散热器38。而且，所述一个或多个热电元件14安置在样品保持器12的中空体16和散热器38之间。散热器38可包括翅片39，所述翅片均匀地分布跨越散热器38。如图6B中所示，散热器38可以是另外的中空体42。另外的中空体42可包括彼此相对且平行的另外的内底表面44和另外的内顶表面46。另外的中空体包括另外的内部工作流体（未示出）。另外的中空体42的另外的内顶表面46和另外的内底表面44可用另外的支柱48彼此连接。在所示的实施例中，中空体16的支柱24和另外的中空体42的另外的支柱48沿着垂直于中空体16的内底表面18和另外的中空体42的内底表面44的同一竖直轴线26延伸。如进一步所示，竖直轴线26基本上在所述至少两个保持位置28之间的距离32的中间。替代地，另外的支柱48可沿着垂直于另外的中空体42的内底表面44的不同竖直轴线延伸。例如，另外的支柱48可沿着垂直于内底表面44且基本上在保持位置28处的竖直轴线延伸。所述一个或多个热电元件14安置在样品保持器12的中空体16和散热器38的另外的中空体42之间。如图6B中所示的装置10包括如图3A中更详细地描述的样品保持器12。替代地，如图6B中所示的装置10包括如图1A或图4中所描述的样品保持器12。

在图7中，示出了用于执行测试样品的热处理的实验室仪器50的表示。实验室仪器50包括用于测试样品的热处理的装置10以及控制装置52。用于测试样品的热处理的装置10包括至少一个样品保持器12和一个或多个热电元件14，如图1至图5中进一步所描述的。用于测试样品的热处理的装置10还可包括如图6中进一步描述的散热器38。控制装置52被构造成控制所述一个或多个热电元件14，以便加热或冷却装置10的样品保持器12。控制装置52通信地连接到所述一个或多个热电元件14，以用于控制所述一个或多个热电元件14。控制装置52还包括处理器54和计算机可读介质56，该计算机可读介质在其上存储有包括指令的计算机程序产品，所述指令用以控制所述一个或多个热电元件14以便历时预定的持续时间并在预定的时间点将样品保持器12加热或冷却到温度分布的至少一个预定温度或设定点温度。

所示的实验室仪器50还包括：光源58，其被构造成朝向所述至少两个保持位置28发射光59；以及检测器60，其被构造成检测从所述至少两个保持位置28发射的光61。因此，光源59被构造成朝向所述至少两个保持位置28发射光59，使得可以照亮测试样品耗材30中的测试样品并且可以由监测器60测量所得到的从测试样品发出的分析物相关的光。

附图标记列表

10 用于测试样品的热处理的装置

12 样品保持器

14 热电元件

16 中空体

18 内底表面

20 内顶表面

22 外顶表面

24 支柱

26 竖直轴线

28 保持位置

30 测试样品耗材

32 距离

34 凹部

35 框架

36 放置区域

37 公共框架

38 散热器

39 翅片

40 热块

42 另外的中空体

44 另外的内底表面

46 另外的内顶表面

48 另外的支柱

50 实验室仪器

52 控制装置

54 处理器

56 计算机可读介质

58 光源

59 朝向至少两个保持位置发射的光

60 检测器

61 从至少两个保持位置发射的光

62 子支柱的组件

64 子支柱

66 组件的水平周界

68 组件的水平周界的中心

Claims (15)

1.一种用于测试样品的热处理的装置（10），所述装置包括样品保持器（12）和一个或多个热电元件（14），其中，所述样品保持器（12）包括中空体（16），所述中空体具有彼此相对的内底表面（18）和内顶表面（20），其中，所述中空体包括内部工作流体，其中，所述样品保持器（12）还包括平行于所述内顶表面（18）的外顶表面（22），其中，所述内底表面（18）和所述内顶表面（20）用沿着垂直于所述内底表面（18）的竖直轴线（26）延伸的支柱（24）彼此连接，其中，所述外顶表面（22）包括至少两个保持位置（28），每个保持位置被构造成保持测试样品耗材（30）或测试样品耗材的一部分，其中，所述竖直轴线（26）基本上在所述至少两个保持位置（28）之间的距离（32）的中间，其中，所述一个或多个热电元件（14）与所述中空体（16）热接触。

2.根据权利要求1所述的用于测试样品的热处理的装置（10），其中，所述外顶表面（22）在所述至少两个保持位置（28）中的每一个处包括凹部（34）或放置区域（36），其中，每个凹部（34）或放置区域（36）被构造成以能够促进所述样品保持器（12）和所述测试样品耗材（30）之间的热交换的方式来接收、容纳和释放测试样品耗材（30）或测试样品耗材的一部分。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的用于测试样品的热处理的装置（10），其中，所述支柱（24）包括芯吸结构。

4.根据权利要求3所述的用于测试样品的热处理的装置（10），其中，所述芯吸结构是多孔结构。

5.根据权利要求4所述的用于测试样品的热处理的装置（10），其中，所述多孔结构由烧结金属或烧结合金制成。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于测试样品的热处理的装置（10），其中，所述支柱是两个或更多个子支柱（64）的组件（62），其中，所述中空体（16）的内底表面（18）和内顶表面（20）通过所述组件（62）的每个子支柱（64）彼此连接，其中，所述组件（62）包括水平周界（66）和垂直于所述内底表面（18）并在所述水平周界（66）的中心（68）的另外的竖直轴线，其中，所述子支柱（64）布置在所述组件（62）的水平周界（66）内或沿着所述组件（62）的水平周界（66）布置，其中，所述另外的竖直轴线与所述竖直轴线（26）对准。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于测试样品的热处理的装置（10），其中，所述中空体（16）由第一金属、第一烧结金属、第一合金、或第一烧结合金制成，其中，所述支柱（24）由第二金属、第二烧结金属、第二合金、或第二烧结合金制成，其中，所述第一金属、第一烧结金属、第一合金、或第一烧结合金与所述第二金属、第二烧结金属、第二合金、或第二烧结合金相同或不同。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于测试样品的热处理的装置（10），其中，所述装置（10）还包括与所述一个或多个热电元件（14）热接触的散热器（38）。

9.根据权利要求8所述的用于测试样品的热处理的装置（10），其中，所述散热器（38）是另外的中空体（42）。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于测试样品的热处理的装置（10），其中，所述外顶表面（22）为所述中空体（16）所包括，其中，所述内顶表面（20）的形状适应于所述外顶表面（22）。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的用于测试样品的热处理的装置（10），其中，所述样品保持器（12）还包括热块（40），其中，所述外顶表面（22）为所述热块（40）所包括，其中，所述中空体（16）基本上是平面的，其中，所述热块（40）位于所述中空体（16）上。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的用于测试样品的热处理的装置（10），其中，所述中空体（16）和所述支柱（24）由一个单一件组成，其中，所述单一件是3D打印产品。

13.一种用于执行测试样品的热处理的实验室仪器（50），所述实验室仪器包括根据权利要求1至12中任一项所述的装置（10）以及控制装置（52），其中，所述控制装置被构造成控制所述一个或多个热电元件（14）以便加热或冷却所述样品保持器（12）。

14.根据权利要求13所述的实验室仪器（50），其中，所述实验室仪器（50）还包括：光源（54），其被构造成朝向所述至少两个保持位置发射光；以及检测器（56），其被构造成检测从所述至少两个保持位置发射的光。

15.一种在根据权利要求1至12中任一项所述的装置中或在根据权利要求13至14中任一项所述的实验室仪器中在测试样品上执行热处理的方法，所述方法包括通过操作所述一个或多个热电元件将测试样品暴露于一个或多个预定温度，其中，所述测试样品处于由所述至少两个样品保持位置中的一个所保持的测试样品耗材中。

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