CN113267638A - 用于dPCR热循环仪的温度管理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于同时对多个生物学样品进行热循环，也称为温度循环的装置的热单元、此类装置本身以及使用此类装置和热单元同时对多个生物学样品进行热循环的方法。

Description

用于dPCR热循环仪的温度管理

技术领域

一般来说，本发明涉及样品分析诸如生物学样品分析的技术领域，并且进一步涉及生物学样品的高通量分析的技术领域。

特别地，本发明涉及一种用于同时对多个生物学样品进行热循环，也称为温度循环的装置的热单元、此类装置本身以及使用此类装置和热单元同时对多个生物学样品进行热循环的方法。

换句话说，本发明一般涉及一种用于执行化学和/或生物学反应诸如聚合酶链反应(PCR)的热循环结构，其中此类热循环结构可作为实验室设备诸如热循环仪或循环变温加热器的内部零件，并且其中此类热循环结构通常至少包括样品封固器、具有散热器的热泵、以及用于在热循环期间控制热泵的加热和冷却的控制单元。本发明特别地涉及一种此类热循环结构的热单元，其用于借助于此类热循环装置在对生物学样品进行热循环期间同时生成多个核酸扩增反应，其中热循环结构可包含超过一个此类热单元。此外，本发明涉及一种使用此类装置或热单元用于同时对多个生物学样品进行热循环的方法，其中热循环方案在计算机等的反馈控制下执行。

背景技术

生物学样品通常由医院或私人诊所的医疗工作者从患者身上采集用于进行实验室分析，例如，用于测定所采集的样品中不同组分的浓度水平。据此，术语“样品”和“生物学样品”是指可能潜在地含有目标分析物的材料，其中生物学样品可源自任何生物来源诸如生理液体(包括血液、唾液、晶状体液、脑脊液、汗液、尿液、粪便、精液、乳汁、腹水、粘液、滑液、腹膜液、羊水)、组织、培养的细胞等，并且其中样品可被怀疑含有某种抗原或核酸。

对于多种生物学、生物化学、诊断性或治疗性应用，关键是能够准确地测定反应混合物中含有的生物学样品中某一物质或化合物(诸如上文提及的某种抗原或核酸)的量或浓度。为了能够准确地实现这一目标，多年来已经研发了多种方法，诸如广为人知的聚合酶链反应(PCR)，例如数字PCR(dPCR)、实时PCR(qPCR)或逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)的形式，PCR能够进行生物学样品中核酸的体外合成，通过PCR可特异性地复制DNA片段，即，PCR是用来拷贝或扩增样品中DNA或RNA小片段的经济效益高的途径。特别地，在临床诊断中，PCR用于通过扩增来定量DNA或RNA片段形式的核酸链，以便能够检测疾病或突变。为了运行此PCR，通常需要所谓的热循环仪在多个循环中加热和冷却反应容器内的样品和反应混合物。在这里，dPCR是PCR方法的一个非常新的变种，用来实现更高的精确度和更高的灵敏度，其中将该PCR方法应用于被分离到独立的微流控反应容器中的单一DNA分子，这允许在PCR后计数靶标DNA分子的实际数目，得到每个反应容器的“数字”结果。这构成了与其他更常规PCR方法相比的主要差异。然而，需要大量反应容器，通常为20.000个甚或更多，这些反应容器可布设在一个单一的微流控耗材内。

如上文所提及，用于扩增DNA或RNA片段的dPCR的发展已经在基因分析以及多种遗传性疾病的诊断中产生了极大的有益效果，或者在病毒载量的检测方面也产生了极大的有益效果。在典型的PCR进行过程中，通过循环步骤的一系列重复扩增了特异性的靶标核酸，循环步骤存在于反应混合物中的核酸，(a)在相对高的温度(例如，在超过90℃，通常为约94℃至95℃的变性温度)下变性，以进行双链DNA的分离，然后(b)将反应混合物冷却至短寡核苷酸引物与单链靶标核酸结合的温度(例如，在约52℃至56℃的退火温度)，以进行引物与分离的DNA链结合以便提供模板(退火)，以及，之后(c)使用聚合酶延伸/延长引物，例如在约72℃的延伸温度下产生新的DNA链，使得原始核酸序列被复制。变性、退火和延伸的重复循环，通常为约25至30次重复循环，其导致存在于样品中的靶标核酸量的指数增长，其中加热和冷却样品的时间对总体过程时间具有显著影响。据此，在非最优温度下耗费的时间越短，所导致的化学结果越好或越精确。特别地，在达到每个温度平台之后，都需要将任何反应混合物在该温度平台上保持特定的最短时间，其中此最短保持时间是完成一个热循环耗费的最短时间。PCR温度平台之间的任何过渡时间均为在这一最短循环时间上增加的时间。因此，由于热循环次数可能很大，此额外时间不必要地延长了完成PCR进行所需的总时间。因此，对于有效且经济效益高的过程以及增加用于PCR的热循环装置的通量而言，缩短加热和冷却时间至关重要。据此，需要使诊断性测定更快、更廉价且更易于执行，同时实现精确度和效率。

用于借助于PCR扩增DNA片段的常见热循环装置，例如WO 2007/146443 A2中所公开的，其基本上由用于接收样品的封固器和附接至封固器的热泵组成，其中封固器与热泵的组合亦可称为加热块或热块。热泵往往以热电装置或热电冷却器(TEC)的形式提供，例如，以珀尔帖(Peltier)元件的形式，通常用于主动加热和冷却封固器并因此用于主动控制提供给样品的温度。TEC是固态热泵，通常由夹在陶瓷板之间的半导体材料制成，其中所泵送的热量与流经TEC的电流量成正比，造成温度控制的增加，其中通过逆转电流，TEC可发挥加热器或冷却器的功能，这对于在不同温度下的热循环非常有用。换言之，TEC将电能转变为热能或冷能。在这里，除了用于通过热块接收样品的封固器之外，TEC可进一步与附接在一个侧面的散热器或冷却块组合，其中样品封固器布设在珀尔帖元件的另一侧面上。

一个或几个TEC与冷却块的组合也可称为“珀尔帖夹层结构”或“热单元”。为了确保此类热单元的准确且可靠的热性能，其部件之间的热传递是关键，并且该热传递必须尽可能高且在严格公差内。因此，可在TEC、冷却块和样品封固器之间提供导热箔或相变材料。此箔薄且脆，因此难以应用，而且一些类型的箔在组装之后需要加热以便熔融，因此封盖热单元部件之间的任何微小缝隙和凹凸，从而确保充分的热传递。然而，由于此类热单元组件的复杂性并且考虑到需要确保的热性能，在发生故障或缺陷的情况下仅替换热单元内的珀尔帖元件只可能在高工作负荷下进行，故而产生高成本，因此不是普遍的做法。

再者，常见的热循环装置往往设计成用于标准qPCR或RT-PCR的应用，即，它们仅能容纳微量滴定板或单个比色皿。因此，一个单一的PCR微量滴定板的反应腔室的数量最多只能达到384孔。然而，与dPCR所需的至少20.000个腔室或更多个腔室相比，这一数量的孔是不够的。而且，384孔板或单个比色皿的腔室的几何形状通常是类似圆柱或圆锥的形状。因此，为了确保热循环仪中生成的温度被准确地传递到孔或比色皿内部的样品/反应混合物的每一部分中，热循环仪的接收该孔或比色皿的操作表面的设计必须与相应的圆柱或圆锥形状适配。据此，适配的热循环仪只能容纳一种类型的板或比色皿，即，已经与其适配的那一种。此外，有一些热循环仪，其中用户可依据需要进行热循环的板或比色皿类型来替换热块。然而，此替换程序非常不方便，推高了仪器的管理成本，并且在替换程序期间产生不希望的损坏热循环仪或热块的风险。而且，替换热块之后需要重新校准新组装的热循环仪，以便确保所测量的温度确实与接收孔或比色皿的操作表面的实际温度相匹配，这又是不方便的并且推高了仪器的管理成本。

最后，为了加快PCR期间不同温度水平之间的过渡时间，以实现加热和冷却时间的减少，并且因此实现有效且经济效益高的工艺并增加热循环通量，在常见的热循环装置的热单元内使用了不同种类的散热器，诸如具有特定翅片布置的散热器，或者基于热管和蒸汽室技术的散热器。例如，EP 3 524 353 A1教导了一种用于热循环生物学样品的装置，该装置提供用于加热和冷却样品的热泵。然而，这一装置不适用于以短循环间隔进行大量样品的热循环，并且因此仅提供较低的样品通量。据此，仍希望进一步通过优化热循环期间的加热和冷却时间来增加热循环通量。因此，由于这些和其他问题和缺点，上文呈现的已知概念不能满足当今使用者的需求并且因此不能提供令人满意的解决方案。因此，在本技术领域中存在对于提供改进的热循环装置的需求，该装置在热循环期间具有优化的加热和冷却时间，并且包括热单元，该热单元可在组装后被监测并且在发生故障或缺陷时可由现场服务工程师容易地替换。

发明内容

本发明解决已知现有技术的上述问题，并且显著改进用于dPCR的大量反应容器的热循环。根据本发明的第一方面，提供了一种用于同时对多个样品进行热循环的热单元，其具有至少一个热块和冷却结构。热块包含至少一个热电换能器和附接至热电换能器的用于将热能从热电换能器耗散的传热板。冷却结构包含散热器、至少一个风扇和排气管。散热器在第一侧面上连接至传热板并且在第二侧面上暴露于风扇，其中风扇朝向散热器的第二侧面提供进气流。排气管引导排气流离开散热器的第二侧面，其中进气流和排气流在结构上彼此分隔。因此，根据本发明的热单元包含两个主要组件：至少一个用于加热或冷却多个样品的热块和用于将热能从热单元移除的冷却结构。

热块包含至少一个热电换能器，热电换能器是将电能转化为热能的装置。在这里，热电换能器可以加热或冷却。例如，热电换能器可以是珀尔帖元件，也称为热电冷却器TEC。此珀尔帖元件将电能转变为热能或冷能。热电换能器是主动加热或冷却多个样品的元件，其中热电换能器是包含两个相反侧面的元件。在热电换能器操作期间，这些相反侧面中的一个加热，而相反侧面冷却。这些相反侧面中的哪一个实际上加热取决于热电换能器的操作模式。通过改变其操作模式，尤其是通过改变电流方向，可切换被加热的侧面。热电换能器的一个侧面与多个样品热连接。如果样品在热循环期间被加热，则热电换能器的与样品热连接的侧面被加热。在这一操作模式下，热电换能器的相反侧面冷却。如果样品在热循环期间被冷却，则热电换能器的与样品热连接的侧面被冷却。在这一操作模式下，热电换能器的相反侧面加热。必须将在与样品热连接之侧面的相反侧面上产生的热能定向离开热电换能器。就这一点而言，提供了根据本发明的热单元的冷却结构以移除在样品冷却期间产生的热能。热块包含传热板，传热板与热电换能器连接以将这一热能从热单元传递/移除。

冷却结构包含若干个元件。这些元件中的一个是散热器，其与热块的传热板热连接。散热器是接收由热电换能器产生并通过传热板传递的热能的元件，并且由具有良好导热性的材料制成。由传热板传递的热能耗散到散热器中。散热器本身被这一耗散的热能加热，其中必须将散热器中的热能进一步从热单元中移除。散热器由导热材料(例如铸造和机加工的铝)制成，并且用于将离开热电换能器的耗散热传递到热单元外部的周边环境中。此外，散热器可用作基板并且合并有机械接口以确保热单元部件的正确定位和固定。现在，为了辅助从散热器移除热能，提供至少一个风扇。此风扇朝向散热器的第二侧面提供进气流。散热器的这一第二侧面与散热器的与热块的传热板热连接的侧面相反。进气流通过散热器的热能升温，并因此引导这一热能离开散热器。提供排气管以在进气流已经吸收了来自散热器的热能之后引导该进气流。在通过进气流吸收热能之后，同一气流称为排气流，因为它不再表现出进气流的特性诸如周边温度，而是表现出不同的特性诸如升高的温度。因此，排气流的温度高于进气流的温度，因为它已经吸收了来自散热器的热能。

为了从热单元移除排气流，提供了排气管。排气管引导排气流离开散热器的第二侧面。排气管将排气流以受控的方式引导到热单元外。根据本发明，进气流和排气流在结构上彼此分隔以提供将热能导出热单元的受控引导。进气流和排气流之间的结构性分隔主要通过排气管实现。任选地，可提供其他元件以便将排气流与进气流分隔。根据本发明的两股气流的此类结构性分隔的优点是，热能以非常高的效率分别从散热器的热块耗散。通过进气流和排气流之间的此类结构性分隔，可确保进气流以最佳的低周边温度冲击散热器。具有低温的气流可比具有更高温度的气流(诸如已经被交叉的排气加热的气流)吸收更大量的热能。就低温进气流而言，进气流温度和散热器温度之间的梯度更大。通过分隔两股气流，可确保这两股气流不混合，即，进气流不会通过与排气流混合而被加热。由于dPCR样品的热循环必须在相应的加热和冷却的短间隔内完成，大量的热能在短时间内蓄积在散热器内并且必须有效地从热单元移除。因此，本发明所呈现的进气流与排气流的结构性分隔尤其可用于需要表现出较高的加热和冷却性能的热单元。

根据本发明的具体实施例，基本上垂直于进气流引导排气流，其中借助于排气管可引导排气流的至少一部分围绕至少一个风扇。在这一实施例中，风扇的定位方式使得它将进气流引导为基本上垂直于散热器和传热板。据此，将进气流定向为朝向散热器且与散热器纵轴成约90度角，并且在撞击到散热器上之后偏离相同的90度。在这一偏离之后，进气流基本上平行于散热器纵轴，即，平行于散热器和传热板的纵向方向流动。在这一进气流平行流动期间，经过的气流通过接收来自散热器的热能而加热。通过从散热器获取热能，偏离的进气流被加热，从而变成从散热器带走热量的排气流。由于流动方向的偏离，排气流基本上垂直于起初由风扇提供的进气流而流动。基于所描述的进气流和排气流的差异，这些气流的方向将会彼此交叉。为了防止此类交叉并因此防止这两股气流间的气体混合，当一股气流的方向与另一股气流的方向交叉时，使至少一股气流绕行。在所描述的实施例中，例如，借助于排气管引导排气流围绕至少一个风扇并且从而围绕进气流。在这里，排气管在结构上将两股气流彼此分隔。典型地，排气管借助于与排气流交界的管壁来引导排气流。

根据本发明的另一具体实施例，散热器至少在其第二侧面上包含冷却翅片结构，其中冷却翅片可自散热器的第二侧面突伸并且基本上平行于由风扇提供的进气流。而且，冷却翅片可提供为型锻翅片结构的形式。在这一实施例中，散热器包含冷却翅片结构以增加可用于耗散和将热能传递至由至少一个风扇提供的气流的表面。冷却翅片结构典型地定位在散热器的第二侧面，即，散热器的与连接至传热板的第一侧面相反的侧面上，从而被定向为由风扇提供的进气流。也可以将额外的冷却翅片结构提供在散热器的另一部分上，例如在散热器的既不构成散热器的第一侧面也不构成散热器的第二侧面的部分上。更详细而言，冷却翅片自散热器的第二侧面突伸。这些冷却翅片具有典型的板状翅片形式，具有两个大的相反的主表面、小的侧表面和一个小的端面。与端面相反的侧面与散热器连接。冷却翅片的主表面提供大的表面积，用于有效地将热能传递至冷却进气流。冷却翅片引导进气流/排气流在它们的主表面之间流动，即，冷却翅片引导由风扇提供的进气流沿着散热器流动。根据具体实施例，冷却翅片可以以板翅片结构的形式提供，或者另选地以针翅片结构的形式。制造具有冷却翅片结构的散热器的有效途径是将两个元件型锻成一个器件。型锻的冷却翅片结构包含升高的斜面。具有冷却翅片结构的型锻散热器可有效地由具有良好导热性的金属例如铜、铜合金、铝或铝合金制成。另选地，具有冷却翅片结构的散热器也可通过铸造等制造。

根据本发明的另一具体实施例，散热器的至少位于风扇区域中的冷却翅片结构以星形方式布设，从而引导由风扇提供的进气流朝向散热器的横向侧面。在这一特定实施例中，当从散热器的第二侧面上的平面图观察时，用于一个风扇的冷却翅片结构具有星形的形状。由风扇提供的进气流垂直于散热器的第二侧面到达这一第二侧面，即，它直接撞击到第二侧面上。因此，以星形模式提供的冷却翅片结构将撞击的进气流铺展到多个横向方向上。通过此铺展，冷进气流分布到整个冷却翅片结构上并因此分布到散热器上。因此，从散热器到撞击进气流的热传递是非常有效的。更详细而言，在进气流撞击到散热器的第二侧面的位置处，冷却翅片结构可以特别地呈星形。在接近散热器横向侧面的区域内，冷却翅片结构可以以平行板翅片的形式布设，以便有效地将进气流/排气流引导至朝向散热器的横向侧面。

根据本发明的另一具体实施例，散热器的第一侧面与散热器的第二侧面相反，即，背向风扇。更详细而言，散热器的与热块的传热板热连接的第一侧面与散热器的面向由风扇提供的进气流的第二侧面相反。通过布设为彼此相反但彼此平行的第一侧面和第二侧面，从热块到冷却气流的热传递非常有效。也可以将第二侧面布设为相对于第一侧面成某一角度例如直角。如果热单元内没有足够可用的空间来布设彼此相反的两个侧面，则散热器的第一侧面和第二侧面的此垂直布设可能具有某些优点。

根据本发明的具体实施例，至少一个风扇布设在冷却结构的引导板的通孔内，其中排气管可由散热器的第二侧面和引导板形成。据此，热单元可包含作为冷却结构一部分的引导板。可提供此引导板以更有效地引导进气流和/或排气流。更详细而言，引导板可至少部分地覆盖散热器的第二侧面和冷却翅片结构。引导板进一步提供通孔，将至少一个风扇定位在通孔中或通孔旁。风扇抽吸进气流并引导其在朝向散热器的第二侧面的方向上通过引导板内的通孔，如上所述。引导板也可提供构件以组装至少一个风扇。散热器的可能提供有冷却翅片结构的第二侧面和引导板可一起形成排气管的至少一部分。在排气管的这一部分中，排气流被引导在散热器和引导板之间流动。

另选地或此外，排气管可由引导板和管盖板形成。在这里，可以提供与引导板连接的管盖板。因此，排气管的至少一部分可以由引导板的这一侧面(与引导板面向散热器的侧面相反)和至少覆盖一部分引导板的管盖板形成。引导板和管盖板组合提供一种通道，通过该通道引导排气流。引导板的形状确保进气流和排气流不会彼此混合。由于管盖板覆盖至少一部分引导板，管盖板也包含分别用于至少一个风扇的进气流的通孔。排气管可由散热器的第二侧面与引导板组合提供，或者排气管可由引导板与管盖板组合提供。此外，排气管可能是由这两种可能性的组合提供的。

进一步另选地或此外，散热器和引导板可通过卡扣配合连接而连接。卡扣配合连接适用于两个部件的快速可靠组装。就这一点而言并且以另选或额外实施例的形式，引导板可由弹性材料例如塑料或金属片材制成。引导板也可提供为具有允许弹性形变的舌状元件，该舌状元件作为用于与散热器卡扣配合连接的构件。当然，引导板和散热器也可以以不同的方式彼此连接，例如使用粘合剂连接，诸如借助于胶水等连接，或者借助于额外的连接元件如螺栓或螺丝连接。

根据本发明的另一具体实施例，热单元进一步包括用于将环境空气朝向风扇定向的进气管，其中进气管在结构上与排气管分隔，诸如借助于分隔壁分隔。在这一实施例中，将进气管提供为热单元的额外部件，以便将环境空气引导至风扇和散热器。进气管可设计为热单元的环境与风扇之间的一种通道。进气管在结构上与排气管分隔，以确保进气流可例如通过一个或多个分隔壁实现。

根据本发明的具体实施例，至少一个热块进一步包含至少一个顶板，顶板具有用于与dPCR耗材热接触的基本上平面的顶侧面，其中至少一个热电换能器附接至顶板的与其顶侧面相反的底侧面，其中夹持机构可提供为用于将顶板、热电换能器和传热板夹在一起，以在顶板与热电换能器之间和/或在热电换能器与传热板之间提供热接触。在这一实施例中，至少一个热块包含顶板，顶板设置为接触并加热或冷却具有样品的dPCR耗材。此顶板可具有基本上平面的顶面。就这一点而言，此平面的顶面对于到达和离开通常表现出平面底面的dPCR耗材的优异热传递而言可能是最佳的。顶板可以由具有高导热性的材料例如铜制成。顶板的底侧面可与热电换能器热连接。在热单元操作期间，热能必须从热电换能器传递到顶板和传热板两者处。据此，可提供夹持机构以将这三个元件推到一起。夹持机构的使用确保了这些元件之间存在可靠的大面积接触并因此存在有效的热传递。例如，夹持机构可以由通过螺丝接合等固定在一起的金属性元件制成。任选地，夹持机构可以是弹簧加载的。夹持机构的此类弹簧加载的实施例可有效地补偿三个元件在操作期间的热膨胀。此外，弹簧加载的夹持机构可以在组装时确保夹持力的均匀分布而无需任何调节。弹簧加载的夹持机构也可减少热电换能器上的机械应力，因为其夹持力在操作期间是恒定的。据此并且基于此夹持机构，热电换能器被夹在顶板与传热板之间。

根据本发明的另一具体实施例，热块进一步包含位于顶板与热电换能器之间和/或热电换能器与传热板之间的至少一种传热介质，例如，传热箔的形式，或者任何其他种类的传热介质。在这一实施例中，通过在元件之间使用一种或多种传热介质进一步改善了热块内的热传递。此传热介质为传热箔。传热介质具有良好的导热性，并且可填充待进行热连接的元件之间的小缝隙。因此，传热介质降低了这些元件之间的热阻。作为传热箔的另一种选择，或者也作为额外构件，也可使用传热膏，以便降低热块内的热阻。

根据本发明的具体实施例，热块进一步包含位于顶板内或顶板处的用于温度控制的至少一个温度传感器，其中可提供至少两个温度传感器，用于温度控制以及用于基于冗余的过程控制。在这一实施例中，提供至少一个温度传感器，这个传感器与顶板连接。在这里，此温度传感器可放置在顶板内。温度传感器测定顶板的温度。为了改善热块的可靠性，可任选地提供两个温度传感器，其中这些温度传感器中的一个作为用于过程控制的冗余传感器而测定温度，从而增加测量的确定性。

根据本发明的另一具体实施例，热块进一步包含用于支持热电换能器和温度传感器的电子线路板，诸如印刷电路板组件的形式，其中电子线路板可配置成用于校准温度偏差补偿并且用于将相应的校准数据存储在内置存储器中。而且，电子线路板可包含用于将任何温度传感器的模拟温度信号转换为数字信号的模数转换器。在这一实施例中，提供电子线路板以控制热电换能器。电子线路板与至少一个温度传感器连接，并接收温度传感器的信号作为输入以用于控制热电换能器的操作。由于温度传感器的信号通常为模拟信号，电子线路板可提供模数转换器以基于温度传感器的模拟输出而产生数字信号。例如，电子线路板可以是印刷电路板PCB，或印刷电路板组件PCBA。为了补偿模拟温度传感器、测量段、热电换能器和组装过程的公差，需要在组装后执行一次校准，以确保用来控制热电换能器的温度值与顶板的实际温度在严格公差内相匹配。附接至热块的电子线路板具有存储器以存储此类独立的校准数据。热块及其独立的校准数据被设计为备用件，并且可在组装期间或在该领域中在需要进行替换的情况下轻易地附接至热单元和从热单元移除。

根据本发明的具体实施例，热块构成了热单元内的可替换自包含(self-contained)实体。在这一可包含上述实施例特征的实施例中，热块是可轻易替换的自包含实体。由于在dPCR期间对样品的热循环仪有严格温度公差的需求，所以在热单元操作之前必须校准热块。此校准过程通常是复杂的且在本领域中非常难以执行。通过设计为自包含实体的热块，在替换热块之后不必进行校准过程。此类自包含实体的校准可能已经在其组装之后在实验室或工厂进行，在那里，热块的校准过程更可靠且更容易执行。

根据本发明的另一具体实施例，散热器配置成接收多个热块，例如六个热块。在这一实施例中，将散热器设计为将要与多个热块连接。因此，热单元可包含超过一个热块。这些热块可以彼此紧邻地组装到散热器上，使得它们的顶板形成一个大的共用顶板。而且，可将若干个热块彼此紧邻地放置，并且它们的顶板之间具有缝隙。在这一实施例中，提供一个冷却结构以将热能从多个热块移除。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于同时对dPCR耗材中的多个样品进行热循环的装置，该装置包括外壳以及固锁在外壳内的至少一个根据上述实施例中任一项所述的热单元，其中每个热单元的排气管部分地由散热器的第二侧面和引导板形成并且部分地由引导板和管盖板形成。管盖板可相对于外壳固定。根据本发明的装置包含至少一个根据上述实施例中一项或多项所述的热单元。根据本发明的装置也包含其他部件。该装置包含外壳，外壳包围该装置的至少一部分。外壳可由若干个元件组成。这些元件是外壳的零件。这些外壳零件中的一个可以是管盖板，它被组装到至少一个热单元的引导板上。冷却结构的散热器可用作装置的组装基部。散热器可提供机械接口以连接装置的其他零件，例如外壳、热块和其他部件。机械接口确保了装置部件的正确定位和固定。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于同时对多个样品进行热循环的方法，该方法包括以下步骤：提供如上所述的装置，其中每个热单元包括多个热块，并且在计算机的反馈控制下执行热循环方案。在这里，热循环方案可包含核酸扩增，其中多个热块可以非重叠功耗模式操作。根据本发明的装置的最大功耗受到环境(例如，在实验室中)电气设备的提供功率的限制。热电换能器的功耗取决于热循环过程的状态，尤其取决于当前温度、目标温度和变温速率。在升温和降温期间，功耗通常较高。在变温之间，当温度保持恒定时，功耗一般较低。在所有热电换能器将会同时运行的情况下，这将会导致所有换能器的功耗叠加。在升温和降温期间，此叠加将会导致不希望的高功耗并且将会显著受到电气设备所提供的功率的限制。因此，多个热电换能器的同时操作仅在使用少量热电换能器时可以实现。在这种情况下，使用热循环仅可以同时处理少量样品。因此，装置的通量将会非常低。但是在这里并且根据本发明，热电换能器和热块的操作模式可以防止变温期间的功率峰的重叠。这可以通过特定地改变操作特定热电换能器的时间剖面来实现，即，在一个具有高功耗的热电换能器升温期间，另一个热电换能器在恒定温度下操作而具有低功耗。此操作的结果是，热电换能器功耗的叠加总量低于具有高功耗的同时操作。在按照根据本发明的方法操作上述装置的情况下，电气设备提供的功率以非常有效的方式被利用。使用根据本发明的方法，与热块的同步升温和降温相比，可使用一定量的可用功率同时操作更大量的热块。为了控制和运行本发明的方法，提供了一种在计算机反馈控制下的热循环方案。用软件工具编写计算机程序，该软件工具计算不同热块的特征所需要的实时补偿。

根据本发明方法的具体实施例，该方法进一步包括以下步骤：计算一个热块在变温期间的峰值功耗的实时补偿。另一种可能性是在变温时间和/或保持时间期间向任何其他热块的峰值功耗提供保持时间，其中以非重叠功耗模式操作多个热块是基于此实时补偿的。在这一实施例中，该方法包括以下步骤：计算对应于各热电换能器的不同热块之间的峰值功耗的实时补偿。这一实时补偿的计算通过计算机或由该装置的一个或多个热单元提供的电子线路板完成。当温度保持恒定并且功耗低时，可计算出功耗峰值之间的实时补偿，其发生于升温期间，或者另选地，可计算在保持时间之间的实时补偿。根据该方法的这一实施例，在各热块的最大功耗的时间之间总是存在实时补偿。这样，以非重叠功耗模式操作装置，并且装置的总功耗保持尽可能低。

根据作为另一种选择的具体实施例，一个含有样品的dPCR耗材也可以由两个热块供给，其中热单元包含总计六个热块。因此，六个热块形成三对，每对两个热块，从而接纳总计三个耗材。一对的两个热块同时操作且没有实时补偿，以便在任意时间将相同的温度施加至整个耗材。计算以非重叠功耗模式操作的多对热块之间的实时补偿。因此，该方法进一步包括以下步骤：计算成对热块在变温期间的峰值功耗的实时补偿。另一种可能性是在变温时间和/或保持时间期间向任何其他的成对热块的峰值功耗提供保持时间，其中以非重叠功耗模式操作多对热块是基于此实时补偿的。在这一实施例中，该方法包括以下步骤：计算对应于各对热电换能器的不同对的热块之间的峰值功耗的实时补偿。这一实时补偿的计算通过计算机或由该装置的一个或多个热单元提供的电子线路板完成。当温度保持恒定并且功耗低时，可计算出功耗峰值之间的实时补偿，其发生于升温期间，或者另选地，可计算在保持时间之间的实时补偿。根据该方法的这一实施例，在各个成对的热块的最大功耗时间之间总是存在实时补偿。这样，以非重叠功耗模式操作装置，并且装置的总功耗保持尽可能低。

如在本文和所附权利要求书中所用，单数形式“一个”、“一种”、“该”和“所述”包括复数指代物，除非上下文另外明确规定。同样，词语“包含”、“含有”和“包括”应包容性而非排他性地加以解释，换句话说，其意义为“包括但不限于”。类似地，除非上下文另外明确指出，否则单词“或”旨在包括“和”。术语“多个”、“多种”或“多重”是指两个或更多，即2或>2，为整数倍数，其中术语“单一”或“唯一”是指一个，即＝1。此外，术语“至少一个”应理解为一个或多个，即1或>1，也是整数倍数。据此，使用单数或复数的词也分别包括多个或单个数量。此外，当词语“本文中”、“上文”、“先前”和“下文”以及具有类似含义的词语用于本申请中时，这些词语应指作为整体的本申请而非本申请的任何特定部分。

再者，某些词语出于便利的原因使用并且不试图限制本发明。术语“右”、“左”、“上”、“下”、“在……下”和“上方”是指附图的方向。术语包含明确提及的术语以及它们的派生词和具有类似意义的术语。而且，可使用空间相对术语(诸如“在……下方”、“下方”、“下面”、“上方”、“上面”、“近”、“远”等)来描述如图中所示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。这些空间相对术语除了附图中例示性说明的位置和取向之外，还意图涵盖装置在使用或操作中的不同位置和取向。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“在……下方”的元件将在其他元件或特征“上方”或“在……上方”。因此，示例性术语“下方”可涵盖上方和下方的位置和取向。可以其他方式定向装置(转动90度或以其他取向)，并相应地解释本文所使用的空间相对描述语。同样，沿着和围绕各种轴线的运动的描述包括各种空间装置位置和取向。

为了在附图中和对各个方面和例示说明性实施例的说明中避免重复，应理解，很多特征是很多方面和实施例所共有的。本公开的具体实施例的说明不旨在穷举或将本公开限制为所公开的精确形式。尽管本公开的具体实施例和实例在本文中出于例示性说明目的而描述，但各种等效修改可能处于本公开的范围内，如相关领域技术人员将会认识到的那样。任何前述实施例的具体元件可组合或替代其他实施例中的元件。此外，尽管已经在本公开某些实施例的上下文中描述了与这些实施例相关联的优点，但其他实施例也可表现出此优点，并且不是所有实施例都需要必然表现出此优点以落入本公开的如所附权利要求所定义的范围内。在说明书或附图中省略一个方面并不意味着该方面从合并有该方面的实施例中缺失。相反，可能为了清除起见并且避免冗长的说明而省略了该方面。在这种情况下，以下项适用于本说明书的剩余部分：如果图中为了使附图清晰易懂而含有在说明书的直接相关联部分中未解释的参考符号，则参考先前或后面的说明章节。再者，为了清晰起见，如果在附图章节中并非零件的所有特征都提供有参考符号，则参考相同附图的其他章节。两张或更多张图中的类似数字代表相同或相似的元件。

以下实例旨在说明本发明的各种具体实施例。因此，后文讨论的具体修改不应视为对本发明范围的限制。对于本领域技术人员显而易见的是，可作出各种等效实例、改变和修改而不脱离本发明的范围，并且因此应理解，此等效实施例应为本文所包括。通过以下对附图中所示的特定实施例的说明，本发明的其他方面和优点将是显而易见的。

整篇说明书中对于不在所附权利要求范围内的“实施例”的引用仅表示可能的示例性执行方式，因此不是本发明的一部分。

附图说明

图1是根据本发明实施例的热单元的冷却结构的概念分解图；

图2是图1中所示热单元的不带管盖板的组装冷却结构的概念透视图，从下方仰视所示；

图3是图1中所示热单元的组装冷却结构的概念截面透视图，从下方仰视所示；

图4是图1和图3中所示热单元的组装冷却结构的概念截面侧视图；

图5是根据本发明实施例的热单元的热块的概念透视图；以及

图6是根据本发明实施例的一种用于同时对dPCR耗材中多个样品进行热循环的装置的概念分解图。

附图标记列表

1 热单元

2 冷却结构

21 散热器

211 散热器的第一侧面

212 散热器的第二侧面

2121 冷却翅片结构

2122 卡扣接口

2123 连接接口

22 引导板

221 风扇

223 挺杆

224 缝隙

23 管盖板

231 管盖板中的通孔

24a 排气管的第一部分

24b 排气管的第二部分

242 箭头

25 进气管

251 分隔壁

A至F 箭头

3 热块

31 热电换能器

32 顶板

321 顶面

33 传热板

34 电子线路板

4 外壳

5 向下限位器

100 用于同时热循环的装置

具体实施方式

图1显示根据本发明实施例的热单元1的冷却结构2的概念分解图。冷却结构2所示的实施例包含三个主要部件：散热器21、引导板22和管盖板23。

图1的示例性说明中的最上方部件是散热器21。散热器21由具有高导热性的金属例如铝或铝合金制成。散热器21通过型锻等制造。散热器21包含旨在与热单元1的热块3连接的第一侧面211。散热器21包含与第一侧面相反并且在图1中定向为朝向观察者的第二侧面212。散热器21的第二侧面212旨在与引导板22连接，引导板22在图1的分解图的中部以部件所示。冷却翅片结构2121布设在散热器21的第二侧面212上。冷却翅片结构2121包含自第二侧面212突伸的多个冷却翅片。在环绕第二侧面212中部的区域内，冷却翅片结构2121的冷却翅片以星形模式布设。在冷却翅片结构2121的其中冷却翅片以前述星形模式布设的区域(也称为星形区域)内，由两个风扇221提供的进气流冲击或撞击到散热器21的第二侧面212上。然后，进气流被冷却翅片分配并引导至散热器21的横向侧面。在星形区域的左边和右边区域内，冷却翅片彼此平行地布设。在这些与星形区域相邻的区域中，冷却翅片将进气流/排气流引导到散热器21的横向侧面。

散热器21具有从图1中未显示的来自一个或多个热块3中的吸收并耗散热能的一般功能。散热器21通过其第一侧面211将来自热块3的热能传递到散热器21。进气流由两个风扇221提供并且撞击到散热器21的第二侧面212上。然后，第二侧面212和冷却翅片结构2121将进气流重新定向，使得进气流随后平行于第二侧面212流动。进气流接收来自冷却翅片结构2121的热能并且将该热能运输到冷却结构2以外。散热器21也预期作为组件基部，以便能够将其他部件固定于其上。因此，散热器21包含若干个机械接口，以便确保此类其他部件的正确定位和固定。例如，散热器21包含四个卡扣接口2122，它们是用于将散热器21与引导板22连接的机械接口。散热器21还包含若干个连接接口2123，它们也是旨在与装置100的热单元1的其他部件连接的机械接口。散热器21也可包含其他机械接口，这些机械接口未进一步详细描述或显示。

在图1的分解图的中部，布设了引导板22。引导板22旨在用于与散热器21组装。在组装状态下，引导板22覆盖散热器21的第二侧面212的最大一部分。目前所描述实施例的引导板22携带至少一个风扇，为两个风扇221的形式。然而，在这里可使用任何数量的风扇。每个风扇221定位在分别提供的通孔中。风扇221抽吸环境空气并产生进气流，该进气流在朝向散热器21的第二侧面212的方向上流经引导板22的通孔。而且，引导板22包含四个挺杆223，它们是用于与散热器21连接的机械接口。引导板22和散热器21例如借助于卡扣配合连接而彼此连接。此卡扣配合连接通过卡扣入各自的卡扣接口2122中的四个挺杆223的组合提供。引导板22也包含排气管的第一部分24a和第二部分24b。排气管的第一部分24a仅在图2至图4中显示。排气管的第二部分24b，如图1中所示，其由引导板22中的凹槽提供，引导板定向为朝向观察者。这一凹槽定位在引导板22的外缘与引导板22的携带两个风扇221的部分之间。在图1的示例性说明中，排气流从引导板22的右侧面环绕两个风扇221和两个通孔向引导板22的左侧面方向流动，如通过两个箭头242所指示。在组装状态下，排气管的第二部分24b被管盖板23覆盖，管盖板23如图1的分解图中以最低部件所示。管盖板23是包含两个通孔231的扁平部件。在组装状态下，这些通孔231定位成与引导板22的通孔同轴。进气流被抽吸通过通孔231，进入风扇221中。在图1所示的实施例中，引导板22可由塑料材料制成，并且管盖板23可由不锈钢金属片材制成。可使用连接元件例如螺丝将管盖板23组装到散热器21上。管盖板23与散热器21的一个或多个机械接口连接。管盖板23与散热器21之间的机械连接将管盖板23压到引导板22上。这一机械连接提供管盖板23与引导板22之间的密封，并因此可密封排气管的第二部分24b。

图2显示图1所示的热单元1的组装冷却结构2的概念透视图。在图2中，散热器21和引导板22通过挺杆223与卡扣接口2122之间的卡扣配合连接而彼此连接。为了改进排气管第二部分24b的可见性，图2中省略了管盖板23。图2显示，散热器21的第二侧面212的大部分区域被引导板22覆盖。引导板22和散热器21一起形成排气管的第一部分24a。在排气管的第一部分24a内，排气流被冷却翅片结构2121从散热器21的第二侧面212的中央部分引导到散热器21的侧面。排气流在散热器21的横向侧面离开排气管的第一部分24a，其在图2中被定向为朝向左侧面。排气流的另一部分在散热器21的右侧面离开排气管的第一部分24a，并流经引导板22内的缝隙224。流经缝隙224的那部分排气流的路径通过两个箭头242指示。在流经缝隙224后，排气进入排气管的第二部分24b。排气流沿着由引导板22和管盖板23组合提供的管道并环绕两个风扇221流动。排气流在引导板的左侧面离开排气管的第二部分24b，如图2中所示。排气管的第二部分24b毗邻排气管的第一部分24a的出口。因此，在图2中，离开排气管的第一部分24a和排气管的第二部分24b的组合排气流随后在左侧面离开冷却结构2。因此，总排气流可通过其他部件轻易地从热单元1移除，图2中未显示。

图3显示图1所示的热单元1的组装冷却结构2的概念截面透视图。在图3中，管盖板23组装到冷却结构2上。在图3的截面图中，排气管的第一部分24a在散热器21与引导板22之间清晰可见。排气管的第二部分24b仅部分可见，因为它大部分被管盖板23覆盖。图3中的截面图显示由管盖板23中的通孔231和引导板22组合提供的两个进气管25。进气管25将环境空气定向朝向风扇221。进气管25通过分隔壁251与排气管24a、24b分隔。因此，在冷却结构2内，进气流在结构上与排气流分隔。

图4显示图1所示的热单元1的组装冷却结构2的概念截面侧视图。在图4的截面图中，流经冷却结构2的进气流/排气流通过箭头A至F指示。来自冷却结构2周边的进气流经由进气管25进入冷却结构2，如箭头A所指示。然后，进气流被两个风扇221抽吸并定向至散热器21的第二侧面212。在经过进气管25和风扇221之后，进气流撞击到冷却翅片结构2121上。然后，冷却翅片结构2121令进气流偏离，即，将进气流从箭头A指示的垂直于散热器21的第二侧面112的方向定向为箭头B指示的平行于第二侧面212的方向。进气流的一部分通过冷却翅片结构2121被偏离到散热器21的左手侧面，流经排气管的第一部分24a。在其流经散热器21的路径上，进气从散热器21带走热能，即，被升温并因此变成排气。排气的这一部分在左手侧面离开排气管的第一部分24a，如箭头C所指示。进气的另一部分被排气管的第一部分24a的另一部分定向到散热器21的右手侧面。进气的这一部分也在其流经排气管的第一部分24a的路径上被升温并变成排气，这部分排气流经缝隙224，进入排气管的第二部分24b，如箭头D所指示。排气被从由引导板22和管盖板23形成的排气管的第二部分24b的右手侧面定向至排气管的第二部分24b的左手侧面，如箭头E所指示。最终，排气在左手侧面离开排气管的第二部分24b和冷却结构2，如箭头F所指示。

图5显示根据本发明实施例的热单元1的热块3的概念透视图。在热块3的顶上，提供有顶板32。顶板32包含平面的顶面321。这一平面的顶面321是将要放置含有进行热循环的样品的耗材的区域。由于这些耗材通常包含平面的下表面，可确保平面的顶面321和耗材下表面之间的优异热传递。图5中所示的热块3包含两个附接至顶板32下表面的热电换能器31。两个热电换能器31在图5中不可见，因为它们被顶板32覆盖。例如，热电换能器31可以是珀尔帖元件，也称热电冷却器TEC。此TEC将电能转变为热能或冷能。顶板32可被热电换能器31冷却或加热。在与顶板32连接相反的侧面上，热电换能器31与传热板33连接。传热板33将来自热电换能器31的热能传递到图5中未显示的冷却结构2。传热板33进一步包含若干个连接，例如，以将电子线路板34与热块3连接。用于支持热电换能器的此类电子线路板34可以是印刷电路板组件PCBA，其可与位于顶板32中或顶板32处的一个或多个温度传感器连接，并且可配置成用于校准温度偏差补偿以及用于将相应的校准数据存储在内置存储器中。此类电子线路板34被组装在传热板33的在图5中定向为朝向左侧面的侧面上。图5中的传热板33由铝合金制成并因此具有高导热性。顶板32、热电换能器31和传热板33可借助于图5中未显示的夹持机构彼此固定。此夹持机构可确保三个部件之间的恒定连接力。

图6显示根据本发明实施例的一种用于同时对dPCR耗材中多个样品进行热循环的装置100的概念分解图。图6中示例性说明的最下方部件是上文中已经部分地描述的热单元1。热单元1包括如上所述的冷却结构2，并且该冷却结构2对应于图1至图4中所示的实施例。冷却结构2显示为从上方俯视，使得定向为朝向热块3的散热器21的第一侧面211可见。在图6中所示的实施例中，热单元1包含六个热块3，热块3在冷却结构2的上方所示。热块3将会被组装到冷却结构2上，并且它们的传热板33与散热器21的第一侧面211连接。两个热块3各自紧邻彼此布设，使得六个热块3形成三组，每组分别有两个热块3。在热块3组的上方，即，在热单元1的上方，显示了向下限位器5。向下限位器5将会被组装到热单元1上并且设置成用于将含有进行热循环的样品的耗材压向热块3的顶板32。通过将耗材压向顶板32，进一步改善了热块3和样品之间的热传递。向下限位器5也可包含打开和关闭外壳4的门或窗以将耗材加载到热块3或从热块3卸载的功能。在图6所示的示例性说明的顶侧面，并且将会被组装到其他部件顶上的是外壳4。外壳4覆盖其他部件，特别是在热循环期间覆盖加载有样品的热块3。外壳4可由不锈钢片材金属或塑料材料制成。外壳4永久固定在热单元1的散热器21上。

尽管已经关于本发明的具体实施例描述了本发明，但应理解，本说明书仅用于例示性说明的目的。据此，本发明仅为所附权利要求的范围所限制。

Claims (15)

1.一种用于多个样品的同时热循环的热单元(1)，其具有至少一个热块(3)和冷却结构(2)，所述热块(3)包括至少一个热电换能器(31)和附接至所述热电换能器(31)的用于将热能从所述热电换能器(31)耗散的传热板(33)，并且所述冷却结构(2)包括散热器(21)、至少一个风扇(221)和排气管(24a、24b)，其中

所述散热器(21)在第一侧面(211)上连接至所述传热板(33)并且在第二侧面(212)上暴露于所述风扇(221)，其中所述风扇(221)朝向所述散热器(21)的所述第二侧面(212)提供进气流，并且

所述排气管(24a、24b)引导排气流离开所述散热器(21)的所述第二侧面(212)，其中所述进气流和所述排气流在结构上彼此分隔。

2.根据权利要求1所述的热单元(1)，其中基本上垂直于所述进气流引导所述排气流，优选地其中借助于所述排气管(24a、24b)绕着所述至少一个风扇(221)引导所述排气流的至少一部分。

3.根据前述权利要求中任一项所述的热单元(1)，其中所述散热器(21)至少在其第二侧面(212)上包括冷却翅片结构(2121)，优选地其中所述冷却翅片基本上平行于由所述风扇(221)提供的进气流从所述散热器(21)的所述第二侧面(212)突伸，进一步优选地，其中所述冷却翅片以型锻翅片结构的形式提供。

4.根据权利要求3所述的热单元(1)，其中所述散热器(21)的至少位于所述风扇(221)区域中的冷却翅片结构(2121)以星形方式布设，从而引导由所述风扇(221)提供的进气流朝向所述散热器(21)的所述侧面。

5.根据前述权利要求中任一项所述的热单元(1)，其中所述散热器(21)的所述第一侧面(211)与所述散热器(21)的所述第二侧面(212)相反。

6.根据前述权利要求中任一项所述的热单元(1)，其中所述至少一个风扇(221)布设在所述冷却结构(2)的引导板(22)的通孔内，优选地其中

所述排气管(24a)由所述散热器(21)的所述第二侧面(212)和所述引导板(22)形成且/或其中所述排气管(24b)由所述引导板(22)和管盖板(23)形成，且/或

所述散热器(21)和所述引导板(22)借由卡扣配合连接进行连接。

7.根据前述权利要求中任一项所述的热单元(1)，其进一步包括用于将环境空气朝向所述风扇(221)定向的进气管(25)，其中所述进气管(25)在结构上与所述排气管(24a、24b)分隔，优选地借助于分隔壁(251)分隔。

8.根据前述权利要求中任一项所述的热单元(1)，其中所述至少一个热块(3)进一步包括至少一个顶板(32)，所述顶板具有用于与dPCR耗材热接触的基本上平面的顶侧面(321)，其中所述至少一个热电换能器(321)附接至所述顶板(32)的与其顶侧面(321)相反的底侧面，优选地其中提供夹持机构用于一起夹置所述顶板(32)、所述热电换能器(31)和所述传热板(33)，以在所述顶板(32)与所述热电换能器(31)之间和/或在所述热电换能器(31)与所述传热板(33)之间提供热接触。

9.根据权利要求8所述的热单元(1)，其中所述热块(3)进一步包括至少一种传热介质，所述至少一种传热介质在所述顶板(32)与所述热电换能器(31)之间和/或在所述热电换能器(31)与所述传热板(33)之间，优选为传热箔的形式。

10.根据前述权利要求中任一项所述的热单元(1)，其中所述热块(3)进一步包括位于所述顶板(32)中或所述顶板(32)处的用于温度控制的至少一个温度传感器，优选地其中提供至少两个温度传感器，用于温度控制以及用于基于冗余的过程控制。

11.根据权利要求10所述的热单元(1)，其中所述热块(3)进一步包括用于支持所述热电换能器(31)和所述温度传感器的电子线路板(34)，诸如呈印刷电路板组件的形式，优选地其中所述电子线路板(34)经配置用于校准温度偏差补偿并用于将相应校准数据存储在内置存储器中，进一步优选地，其中所述电子线路板(34)包括用于将任意温度传感器的模拟温度信号转换为数字信号的模数转换器。

12.根据前述权利要求中任一项所述的热单元(1)，其中所述热块(3)构成所述热单元(1)内的可替换自包含实体，且/或其中所述散热器(21)配置成接收多个热块(3)，优选地为六个热块(3)。

13.一种用于在dPCR耗材中同时对多个样品进行热循环的装置(100)，所述装置包括

外壳(4)，和

固定在所述外壳(4)内的至少一个根据前述权利要求中任一项所述的热单元(1)，其中每个热单元(1)的所述排气管(24a、24b)部分地由所述散热器(21)的所述第二侧面(212)和引导板(22)形成并且部分地由所述引导板(22)和管盖板(23)形成。

14.一种用于同时对多个样品进行热循环的方法，所述方法包括以下步骤

提供根据权利要求13所述的装置(100)，其中每个热单元(1)包括多个热块(3)，并且

在计算机的反馈控制下执行热循环方案，优选地其中所述热循环方案包括核酸扩增，

其中所述多个热块(3)以非重叠功耗模式操作。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法进一步包括以下步骤：计算一个热块(3)或成对的两个热块(3)在变温时间和/或保持时间期间的峰值功耗相对于任何其他的热块(3)或成对的两个热块(3)在变温时间和/或保持时间期间的峰值功耗的实时补偿，并且其中对所述多个热块(3)或多个成对的两个热块(3)以非重叠功耗模式进行操作是基于所述实时补偿的。

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