CN1756952A - 精确控制的恒温器 - Google Patents

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阿瑟·W·米勒
奇兰吉特·德卡
约瑟夫·M·法伦
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Beckman Coulter Inc
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Abstract

一种恒温器控制系统包括位于微制造器件中的阵列式两个或更多个毛细管柱或通道。导热材料接触阵列中的每个管柱或通道。一个或多个独立控制的加热或冷却元件安置在导热材料附近或之内，每个加热或冷却元件连接着加热或冷却源。一个或多个独立控制的温度传感元件和一个或多个独立控制的温度探头安置在导热材料附近或之内。每个温度传感元件连接着温度控制器，每个温度探头连接着温度计。系统使用时每个加热或冷却源由温度控制器响应于来自一个或多个温度传感元件的反馈而自动调节以将温度稳定性控制在规定范围内，温度控制器响应于从一个或多个温度探头到温度计的反馈而被自动调节以将导热材料基准温度维持在预设目标温度的规定范围内。

Description

精确控制的恒温器
相关申请的交叉参考
本申请对2002年12月20日提交的名称为“用于毛细电泳的精确控制的恒温器”的美国临时专利申请No.60/435,885提出优先权要求，该申请整体结合在此作为参考。
有关美国联邦政府资助研究或开发项目的声明不适用。
背景技术
毛细电泳是基于大小和/或电荷分离分子的强有力的技术。在要求相同(或相似)分离条件的样品分析中，将一个阵列中的所有管柱、例如DNA测序仪或分析仪的所有分离管柱保持在相同温度，常常是很有用的。另一方面，在很多情况下，如果能够对一个阵列中的每个分离元件、或是对一个阵列中的分离元件组单独地调节温度，则具有极大的实际应用重要性。例如，由在十个不同温度下操作的十个毛细管柱组成的阵列可以被用于发现适于分离某些特定种类的DNA分子的最佳温度。因此，分别要求不同的最佳分析温度的十个不同样品可以并行运行，以彼此类似地提高生产率，以超过依次运行时的情况。
Foret等的美国专利申请No.09/979,622(结合在此作为参考)中描述了一个恒温器阵列的实施例，其主要包括一定数量的加热器，每个加热器分别包括由被供电的加热元件围绕着的圆柱形体积的导热材料，其中，在使用了电气温度传感器例如RTD、热电偶或热敏电阻的反馈回路中调节加热元件功率。尽管单一的反馈系统，例如前面所述的系统，可以用于以高稳定性(±0.01℃至±0.02℃)维持恒温器的设置，但极难以相同的精度重新设置温度。″可重置性(resettability)″被定义为设定在任何给定温度(例如，在0℃-150℃之间)并且在任何时间达到相同温度的能力。由于此级别的可重置性需要参照某些校正标准，而这些校正标准中最为方便的是温度的绝对精度，因此这里讨论的可重置性要求在实际应用中通常也是指温度绝对精度要求。
在一些应用中，例如恒定变性毛细电泳(CDCE)，其中DNA片段基于最小解链温度差异而被分离，可能需要严格要求可重置性公差。在某些CDCE规程中，至关重要的是，峰值之间的迁移时间差异应高度一致，以获得高度的峰值检测自动化，以及高可靠性峰值区域测量和使不同毛细管的电泳谱图的峰值及其它区域相匹配。仅仅是百分之几度的分离温度差异也可能导致峰值偏移到导致这些无法实现的程度，特别是在峰值较小时。(一般而言，只要信噪比较低，小的峰值就可能被附近较大峰值局部或完全掩盖，峰值的偏移又会与这种情况相组合)。所以，尽管可以仅仅将CDCE运转温度设置为具有0.1℃的解析度，但这些情况下的温度可重置度应当至少设定为百分之几度，并且优选不超过±0.01-0.02℃。
在这样的系统中难以实现可重置性的一个基本原因是控制系统的各个电子元件的固有不精确性，这种不精确性源于元件的材料和设计，并且还取决于电子元件的外界温度和其它因素。一个特定例子是不同单元之间的各传感器的性能差异。例如，假定一个传感器被设定为在±0.01℃内具有温度响应稳定性，则不同单元间的温度响应差异会在±0.1℃或以上。(这一误差仅仅源于传感元件，传感器的电子测量系统通常会导致更大的额外误差。)这种差异，常被称作″互换性公差″，定义了一组传感器中的一个在多大程度上可以偏离额定″温度响应曲线″。使用这样的传感器，可获得±0.01℃的温度稳定性，但可重置度或温度绝对精度不会好于±0.1℃。因此，本领域中需要找到一种实际解决方案，其能够同时获得高度的稳定性和可重置性。尽管这里为了说明的目的而使用了非常严格的±0.01℃的公差，但所作探讨也适用于其它值，例如，要求稳定性和可重置性为±0.1℃，而单元间差异以及其它因素、包括下面将要讨论的那些，可能导致可重置性劣于±0.1℃。
一种可能克服前述性能局限性的可行措施是，总是在每个加热器中使用规定为具有小于±0.01℃的″互换性公差″的传感器(例如，热敏电阻)，并且将电子元件的外界温度稳定在预定温度。尽管在理论上可行，但这一方案在许多工业应用中是不可行的。例如，难以商业获得被预选的满足″互换性公差″小于±0.01℃这一要求的大量热敏电阻。所以，在Foret等描述的恒温器阵列中，如果使用商业供应的热敏电阻来控制每个加热器，则需要逐个校准并且分别单独控制热敏电阻，并且每当一组新的加热器被用于测量时都要使用一组不同的温度控制校准曲线。对于具有多个加热器的多个仪器，这对系统提出了严格的要求，即需要在所有时间跟踪每个传感器。这不但会造成不便，还存在造成可扩散到整个过程中的偶然且严重的错误的危险。
即使人们使用了这样的校准和跟踪机构，因电子元件中的变化而引起的问题依然存在。结果，即使对每个热敏电阻均实施跟踪和校准，但除非控制电子元件的外界温度本身也是热稳定的，或者提供了高精度内部温度测量并经受大强度的校准，否则无法得到可重复的温度。这一要求导致系统的构建非常复杂和昂贵。因此，仍希望有更好的技术途径。
发明内容
本发明提供了一种用于克服上述问题的方法，并且提供了一种恒温器系统，其使得温度的稳定性和可重置性位于小于±0.02℃的范围内，使用了商业供应的传感器，并且所采取的设计不要求将电子元件维持在任何热稳定环境中。
在一个实施例中，本发明涉及恒温器控制系统，其可被构造成包括位于微制造器件中的一个或多个毛细管柱或一个或多个通道。优选地，单个管柱或通道，或成组的管柱或通道可以在阵列中相对应地设置(相关联)。导热材料与每个管柱或通道接触。一个或多个独立控制的加热或冷却元件靠近导热材料安置或安置在导热材料内，每个加热或冷却元件连接着加热或冷却源。一个或多个独立控制的温度传感元件和一个或多个独立控制的温度探头也安置在导热材料附近或之内。每个温度传感元件还连接着一个温度控制器，每个温度探头连接着一个基准温度计。在系统被使用时，每个加热或冷却源被温度控制器响应于来自一个或多个温度传感元件的反馈自动调节，以将温度稳定性控制在规定范围内，温度控制器响应于从一个或多个温度探头到温度计的反馈而被自动调节，以将导热材料的基准温度维持在预设目标温度的规定范围内。
附图说明
通过下面对优选实施例的详细以及权利要求书，并结合附图，本发明的其它特征和优点会清楚地展现出来。在附图中：
图1A-1C示出了适于用在根据本发明的恒温器阵列控制系统中的带有相关温度控制和监测元件的一组单个毛细管柱的一个实施例。图1A和1B分别是管柱组的轴向剖视图和横贯轴向剖视图，图1C是本实施例中的温度控制和监测元件的示意图；
图2A和2B示出了用在根据本发明的恒温器阵列控制系统中的一组单个毛细管柱的另一个实施例；
图3是适于用在根据本发明的恒温器阵列控制系统中的阵列形式的六个加热器的温度控制系统的示意图；
图4是根据本发明的分布式温度控制的一个实施例的示意图，其中本发明的四个加热器装在四个不同的单毛细电泳装置中；
图5示出了集成在微制造器件上的根据本发明的恒温器阵列控制系统的一个实施例；
图6示出了根据本发明的恒温器阵列控制系统用于CDCE分析时的一个实施例；
图7示出了利用本发明的恒温器阵列控制系统将六个加热器维持在相对于它们的相应设定温度而言小于±0.02℃的六个不同温度时的结果；
图8A和8B是利用根据本发明的恒温器阵列控制系统对PCR放大DNA样品的CDCE分离进行最优化的结果的曲线图；
图9A-9C是利用根据本发明的恒温器阵列控制系统进行可再现的CDCE分离的曲线图。
具体实施方式
下面描述根据本发明的独立控制的恒温器系统中的各个管柱和阵列，它们可被用于例如管柱分离。一个阵列中的各个恒温器控制系统可以与单个毛细管柱(或微制造器件中的通道)相对应(相关联)，或者与成群的(成组)上述管柱或通道相对应。根据本发明的阵列形式的独立控制的恒温器可以用于例如恒定变性毛细电泳中，如K.Khrapko等的“恒定变性毛细电泳(CDCE)：一种高解析度突变分析途径”(Nucl.Acid.Res.，22，1994，364-269)中所描述。在CDCE中，作为示例，DNA片段基于解链温度的差异而被分析。图1A-1C和图2A-2B中示出了适于用在本发明的恒温器阵列控制系统中的带有相关单独控制恒温器的各组毛细管柱的特定实施例。本领域技术人员可以理解，从这里描述的实施例可以衍生出许多其它实施例，它们适用于其它应用。例如，可以在分离过程中通过以周期方式升降温度而反复形成在时间上的梯度，例如周期性温度毛细电泳(CTCE)中那样，周期性温度毛细电泳这一技术被Minarik等描述于“周期性梯度毛细电泳：一种低成本、高产出的基因分析方法”(Electrophoresis 2003，24，1716-1722)。还可以想象出，更为简单的非重复性梯度和各种温度程序化方法也适于实际应用；例如，Li等在“使用毛细管阵列电泳的DNA序列突变检测用集成平台”(Electrophoresis 2002，23，1499-1511)中讨论的方法。虽然本申请重点考察的是CDCE和毛细管，但本发明同样可以应用于其它技术，包括不涉及电泳的、采用了远远更粗的管孔(例如，几毫米)的技术。
在一个实施例中，如图1A和1B所示，根据本发明的恒温器系统中的固态加热元件10包括一个圆柱形本体12，其由导热材料例如铜、黄铜或不锈钢制成，长度为大约6英寸、直径大约为1英寸。通过钻通实心圆柱形本体12而形成的中空通道14平行于该圆柱的轴线延伸穿过导热材料。一个或多个温度传感器16(例如，热敏电阻)嵌装在圆柱形本体的表面上的浅槽中。穿过圆柱形本体中的中空通道14的不锈钢毛细管18通过充填每个导管的外表面与每个通道的内表面之间的空间而被保持就位，例如，充填导热性环氧树脂20。导热性本体12的圆柱形外表面被缠绕了柔性加热元件22，然后又被覆盖了一层绝热泡沫24，并且被热缩管26保护。
本实施例的一项有益特征是存在穿过加热器的多重毛细管。例如，利用四个毛细管，如图1B中清楚显示，可以设计实验，以使得目标DNA序列可在一次CDCE运转中被完全分析，其中各个单独的毛细管分别被用于有关混合群体、混合控制群体，正控制和负控制。然而，每个加热器中的毛细管数量没有限制，任何数量的毛细管可以组合在分立的加热器中。此外，在其它情况下，单一加热器中的多个毛细管的采用方式可以不同于前面所述。另外，如后文中所述，成组的加热器可以被用于同时分析不同的DNA目标(要求不同的分离温度)。
如图1C中示意性显示，连接着加热元件22的温度控制器28向加热元件供应电流，该电流被响应于从传感器16接收到的连续反馈输入而连续调节以维持稳定温度。还请参看图1A，一个精密温度探头30例如热敏电阻被包围在不锈钢导管中，并且具有大约3英寸的长度和大约0.125英寸的直径，其中该热敏电阻通过导热性环氧树脂嵌装在该不锈钢导管中；该温度探头插入孔32中并且用于监测加热器本体的导热性本体12中的绝对温度。该温度探头30连接着数字式温度计34，后者向计算机36提供反馈信号，计算机包含与温度控制器28连接的模拟输出电路板38(D/A电路板)。模拟输出电路板38用于调节温度控制器的初级操作基准电压，以将目标温度调整在预定范围内。
应当指出，每当在这里提到加热元件时，同样可以添加上冷却元件以获得更大的温度控制能力。加热元件和冷却元件可以被组合为单一的加热/冷却元件，例如珀尔帖效应器件。还应当指出，温度传感器和温度探头属于同类器件(测温传感器件)，这里使用这两个术语仅仅是为了清楚地区分根据本发明的系统中的温度控制的两个级。温度传感器和探头可以是热敏电阻、热电偶、RTD、PRT、SPRT、IC(半导体器件)、红外线探测器、可逆温度指示标签，或者是能够与温度相对应地出现某些可测量的性能变化的任何材料或器件。这种性能包括电阻、输出电流、可视颜色和红外线发射。
虽然这里描述的优选实施例采用了模拟式控制器，但在其它实施例中，该单元可被替换为其它类型的控制器。作为一个例子，控制逻辑(例如开关控制，比例控制，PID控制，模糊逻辑控制，或它们的单回路或多回路方式的组合)可以以软件的形式存储在计算机中，该计算机通过附加的硬件例如固态继电器和外部电源向加热/冷却元件输出脉冲电流。
在另一个实施例中，如图2A-2B所示，恒温器的固态加热元件包括一个圆柱形本体40，其包括第一导热材料40a，第一导热材料围绕着被一定数量的由第二导热材料形成的平行圆盘40b保持就位的四个不锈钢毛细管18浇注形成。一个或多个温度传感器16(例如，热敏电阻)嵌装在导热性圆柱形本体40的外表面上的浅槽中。导热性本体40的圆柱形外表面被缠绕了柔性加热元件22，然后再被覆盖了一层绝热泡沫24，并且被热缩管26保护。温度控制机构与前面实施例(图1C)中描述的相同。
对阵列形式的六个加热器进行的温度控制显示于图3中。在本实施例中，D/A电路板42向每个模拟式温度控制器44输送独立的基准电压。然后，控制器检测来自嵌装在加热器46中的热敏电阻的电压，该电压是热敏电阻的温度的测量值。控制器连续调节供应给加热器的电流，直至来自热敏电阻的电压等于基准电压。温度计48和温度探头50共同监测温度并将测量值报告给控制软件52。以频繁的时间间隔，该软件检查加热器温度是否在给定时间间隔内被稳定在预设范围内。如果不是，则进行测试以判断该稳定温度是否位于目标温度公差之内。如果与目标温度之间的差异超过了公差，则计算对加热器的基准电压的校正，并且D/A电路板被设置成将正确电压发送给适宜的输出通道。上述等待加热器温度稳定化、针对公差测试温度以及校正基准电压的过程被反复无限地进行。
虽然从原理上讲可以将控制温度传感器替换为更高精度校准的温度计和附设探头，并因此而避免额外的控制回路，但这种方式在实际应用中存在各种困难。一个困难是，对所需的温度分布的快速响应要求快速温度测量，但快速测量的代价是精度降低。另一个问题是，为了最佳控制，控制传感器应当被安置成非常靠近于加热/冷却元件，因而通常嵌装在装置中，所以难以容易地更换、重新使用或重新校准。与跟踪逻辑相关的困难已经被讨论过。在本发明中，利用可从温度计或从被控制区域容易拆除的探头，单一的多通道温度计可以被用于提供用于多个不同温度控制区域的高精度温度。这减少了控制多个加热器所需的昂贵、高耐用性元件的数量。由于相同温度计和探头可以随时间变化用于许多不同组的加热器，因此跟踪问题也可以减少。
图4示出了分布式温度控制的一个实施例，其中本发明的四个加热器54装于四个不同的单毛细电泳装置56中(从原理上讲，可以被替换为四个不同的多毛细管装置)。每个加热器被本发明的温度控制系统中的一个单独的模拟式温度控制器58单独控制，并且各装置独立操作。所有模拟式控制器被物理安置在一个中央位置，类似于图3所示方式。还有一个单一的多通道数字式温度计设在中央区域，用于为所有装置提供第二级控制。传感器、探头和加热器电源的引线从中心位置延伸到不同的装置。
上面描述的例子中示出的恒温器系统适用于阵列形式的离散毛细管。精确且可重置的独立温度控制在微制造器件中也是重要的。这里描述的整个恒温器/毛细管柱阵列可以集成在微制造器件例如微芯片中，该阵列包含加热器和传感器(热敏电阻，RTD等)，如有必要，还包含控制器。由于微芯片的小尺寸，以及用在制造中的诸如熔融石英等大多数基片材料的良好导热性，因此恒温器阵列的紧密相邻的被加热/冷却区域会强烈地彼此影响。为了防止这种热流通，采用本发明恒温器阵列的微器件需要在各温度控制通道或通道组之间配备绝热区。这种微器件的一个例子显示于图5中。
参看图5，具有熔融石英芯片体62的平面微芯片60中包含多个通道64，每个通道连接着一个加热/冷却元件66。电线68将加热/冷却元件66连接至各温度控制器72。温度传感器70向温度控制器72提供反馈，温度探头76连接着基准温度计78，基准温度计向计算机80提供反馈，如前所述。温度控制以前面实施例中的方式实施。
为了消除各个通道/加热元件组合结构之间的传热，直通切口74形成在通道之间。所述切口可以进一步被填充绝热材料例如聚氨酯或聚苯乙烯泡沫。加热元件66可以附设在微芯片的顶部和/或底部。此外，切口74的竖直壁可以被涂覆导电材料，并且连接着电源，从而提供出围绕着预期通道的加热/冷却源。
温度传感器70和探头76(Pt，热敏电阻，或其它)可以附设在通道64的任何一侧。或者，如果由随时间改变电阻值的材料制成，则加热元件本身可以用作温度传感元件。例如，通过溅镀或化学气相沉积技术，导电材料(Pt，Cr，Au，导电塑料)层可以直接沉积在微器件的表面上(或在器件的各层被接合之前沉积在内侧)。类似于前面描述的用于毛细管柱恒温器阵列的结构，多个通道可被单一的加热/冷却元件加热(冷却)，并且成组的上述通道可以相对应地形成在本发明一个恒温器阵列中，其中阵列中的不同的组被彼此独立地控制。
图6中示出了在CDCE分析系统中使用本发明恒温器阵列时的一个例子。参看图6，固态恒温器阵列82包含用于CDCE分析、例如分离线粒体DNA样品分析的分离毛细管84。样品被注入各毛细管84中。毛细管还被安置成可从毛细管外侧区域进行全面收集。激光照明系统86产生两点照明，以便用于，例如，利用频谱仪/CCD检测器88进行激光感应荧光(LIF)检测。温度控制与图5所示相同。在这种特殊的设计中，恒温器被用于在每个分离毛细管内维持恒定温度(每个管柱中温度不同)，以实现预期的DNA片段解析度(resolution)，DNA片段连续接受LIF速度测量和分段收集(fraction collection)。
图7示出了使用本发明的控制系统时的处在六个不同温度的六个加热器组在一个小时内的温度读数。基于所采用的温度计的规格，温度被显示出维持在它们相应设定温度±0.01℃的范围内。
下面的示例用于解释本发明的优点，并且有助于本领域技术人员制作和使用本发明。这些示例不以任何方式限制本发明的范围。
                      示例1
                CDCE温度最优化
如这里描述的包含六个加热器的恒温器阵列被结合在一个利用CDCE在混合群体中实施突变发现的改型DNA测序仪(基于Spectrumedix 2410)中。对于PCR放大DNA样品的CDCE，理想状态是将CDCE温度设置为使得对于每个目标序列，当存在突变时存在四个截然不同且良好解析的峰值(野生型同源双链，突变型同源双链和两个野生型一突变型异源双链)。该温度通常接近于但不精确等于为野生型同源双链计算出的理论解链温度(Tm)。为了确定最佳CDCE温度，对样品进行初始CDCE实验，其中装置中的恒温器阵列中的六个加热器被设置在六个略微不同温度，这些温度位于计算出的温度Tm左右的狭窄范围内。
图8A示出了以CTLA-4E1表示的DNA片段的温度最优化。所述CTLA-4E1样品被注射到所述六个加热器中的每个内的一个毛细管中，其中每个加热器被设置在位于73.5℃至77.5℃范围内的不同温度。在73.5℃，对于目标序列只有单一峰值被观测到，其表示这样的情况，即显示在该峰值下面的所有种类的DNA分子均处在未解链状态。在74.5℃，该峰值分裂为两个截然不同的峰值，这表明异源双链种类中的一个已经局部解链，而野生型同源双链、突变型同源双链和另一个异源双链均处在基本上未解链状态。在75.5℃，四个截然不同、良好解析的峰值被观测到，这表示四个种类之间的最大不同解链条件。在76.0℃，突变型同源双链的峰值进一步远离野生型，但与此同时，三个突变型峰值之间的解析度开始显著变差。在76.5℃，突变型峰值合并和野生型峰值变得接近于突变型峰值。这表明下述状态，即突变型同源双链和两个异源双链均几乎完全解链且野生型局部解链。最后，在77.5℃，所有四个峰值合并成单一峰值，这表明下述状态，即所有四个种类的低解链区域完全解链，只有高解链区域保持不变，以将局部打开的双标准DNA片段保持在一起。从该示例可以得出结论，即75.5℃是最佳CDCE温度。
可以看到，即使仅仅是半度的温度差异，也可导致非常不同的结果。图8B示出了当毛细管之间的温度差异只有0.1℃时迁移时间和峰值解析度的显著变化。这些结果着重显示了在分析过程中维持特定温度的重要性，而这一点可以通过本发明的系统实现。
                  示例2
改型SpectruMedix DNA测序仪中的分离可再现性
示例1解释了CDCE中精确温度设置的重要性。本实验将解释加热器阵列为每个管柱精确地产生设定值相同的温度环境并且产生可再现的CDCE分离的能力。四个峰值的迁移时间变化被用作该可再现性的度量值。对于本实验，CTLA-4E1样品被注射到所有24个毛细管中，并且在75.5℃的最佳CDCE温度运行。图9A中显示了所产生的电泳谱图，它们的峰值在将要达到时间点1200相对齐。在所述对齐峰值之后的四个主要峰值表示该样品的同源双链和异源双链种类。出于分析的目的，关键的计量措施是各对峰值之间的迁移时间差异。与图8A和8B之间的比较表明了迁移时间差异，所述差异在这里显示了毛细管和加热器之间的非常一致的温度。
                     示例3
改型Beckman Coulter DNA测序仪中的分离可再现性
在本实验中，两个本发明的加热器结合在商业供应的DNA测序仪(CEQ 2000，Beckman Coulter Inc.)中。通过使4个毛细管穿过第一加热器而剩下的4个毛细管穿过第二加热器，制作出改型8毛细管阵列。本发明的温度控制系统直接连接着两个加热器。利用阵列中的8个毛细管中的每个对相同样品进行CDCE分离。温度被预先最优化，以使同源双链峰值在基本相同的位置迁移，但异源双链峰值明显更慢地迁移。图9B示出了对齐前端同源双链峰值的结果。异源双链峰值(第54分钟的紧邻之前和之后)在单峰值宽度内从同源双链开始迁移一段距离，该距离在所有毛细管和加热器中保持恒定。
                      示例4
                     可重置性
本实验将要解释本发明的加热器在不同日内重新设置在精确相同的温度的能力。图9C示出了根据本发明的加热器中的温度可重置性。在不同的两天中，相同的样品被注射到示例1中使用的改型SpectruMedix测序仪的两个毛细管中。再请参看图8A和8B中的分离使得小温度变化产生的作用，图9C中的高度一致的迁移时间表明，即使没有将电泳谱图在公共峰值对齐，也能够在不同日内在毛细管之间获得非常类似的温度。由于利用本发明的系统可以实现可重置性，因此可以将高度严格的运行条件从一个多毛细管装置转移到另一个，或在多毛细和单毛细管装置之间转移。
尽管这里示出的特定示例与CDCE相关，但本发明的恒温器阵列控制系统可以用于任何其中稳定、精确且可重置的温度对于实现质量结果而言至关重要的物理、化学或生物分析用途中，包括利用SSCP进行突变发现，利用流失细胞分系术进行细胞分析，为免疫测定(结合测定)构建装备，为血液学和/或免疫学自动和在线制备样品，蛋白质分离，液相色谱法包括高性能液相色谱法，以及可长读序式(long-read)DNA测序。还可以预期，利用相同的途径，可以缩小嵌装在微制造器件中的加热器。此外，本发明的方法可以扩展到在分离过程中产生在时间上和空间上的温度梯度。例如，通过在分离过程中在控制软件内使目标温度升降，可以获得在时间上的梯度，并且通过对布置在一个给定加热器中的多个物理分开的加热元件设置不同目标温度，可以获得空间梯度。还可以以任意的复杂度获得温度周期性和其它温度分布。此外，本发明的加热器系统可以在单一装置中进行CTCE和CDCE。在一个实施例中，可以为异源双链峰值的初级分离实施CTCE操作，然后为更高解析度的分离和分析实施CDCE操作。
虽然前面结合优选实施例描述了本发明，但本领域的技术人员在阅读了上面的描述之后，可以对这里提出的构成和方法作出各种变化、等同替换和其它替代。所以，专利证书中的保护范围仅由权利要求及其等同替换限定。

Claims (31)

1.一种恒温器控制系统，包括：
设在微制造器件中的一个或多个毛细管柱或者一个或多个通道；
与所述毛细管柱或通道接触的导热材料；
靠近所述导热材料安置或安置在导热材料内的一个或多个独立控制的加热或冷却元件，其中每个加热或冷却元件连接着加热或冷却源；
靠近所述导热材料安置或安置在导热材料内的一个或多个独立控制的温度传感元件，其中每个温度传感元件连接着温度控制器；
靠近所述导热材料安置或安置在导热材料内的一个或多个独立控制的温度探头，其中每个温度探头连接着温度计；
其中，在所述系统被使用时，每个所述加热或冷却源由所述温度控制器响应于来自一个或多个所述温度传感元件的反馈而自动调节，以将温度稳定性控制在规定范围内，所述温度控制器响应于从一个或多个所述温度探头到所述温度计的反馈而被自动调节，以将所述导热材料的基准温度维持在预设目标温度的规定范围内。
2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述系统包括位于微制造器件中的多个彼此独立的毛细管柱或多个彼此独立的通道，或是多组彼此独立的毛细管柱或通道，其中所述管柱或通道分布在不同的装置中。
3.一种恒温器控制系统，包括：
一个或多个毛细管柱；
围绕着每个所述毛细管柱的毛细管本体支承；
支撑着所述毛细管本体支承的两个或更多个第一导热材料盘；
靠近所述第一导热材料盘围绕着所述毛细管本体支承的第二导热材料，其中所述第一导热材料的熔化温度高于所述第二导热材料的熔化温度；
靠近所述第一和第二导热材料安置或安置在第一和第二导热材料内的一个或多个独立控制的加热或冷却元件，其中每个加热或冷却元件连接着加热或冷却源；
靠近所述第一和第二导热材料安置或安置在第一和第二导热材料内的一个或多个独立控制的温度传感元件，其中每个温度传感元件连接着温度控制器。
4.如权利要求3所述的控制系统，还包括：
靠近所述第一和第二导热材料安置或安置在第一和第二导热材料内的一个或多个独立控制的温度探头，其中每个温度探头连接着温度计；
其中，在所述系统被使用时，每个所述加热或冷却源由所述温度控制器响应于来自一个或多个所述温度传感元件的反馈而自动调节，以将温度稳定性控制在规定范围内，所述温度控制器响应于从一个或多个所述温度探头到所述温度计的反馈而被自动调节，以将所述第一和第二导热材料的基准温度维持在预设目标温度的规定范围内。
5.如权利要求4所述的控制系统，其特征在于，所述系统包括多个彼此独立的毛细管柱，或是多组彼此独立的毛细管柱，其中所述管柱或通道分布在不同的装置中。
6.一种恒温器阵列控制系统，包括：
设在微制造器件中的两个或更多个毛细管柱或两个或更多个通道，其中所述两个或更多个管柱或所述两个或更多个通道在一个阵列中相互关联；
与所述毛细管柱或通道接触的导热材料；
靠近所述导热材料安置或安置在导热材料内的一个或多个独立控制的加热或冷却元件，其中每个加热或冷却元件连接着加热或冷却源；
靠近所述导热材料安置或安置在导热材料内的一个或多个独立控制的温度传感元件，其中每个温度传感元件连接着温度控制器；
靠近所述导热材料安置或安置在导热材料内的一个或多个独立控制的温度探头，其中，每个温度探头连接着温度计；
在所述系统被使用时，每个所述加热或冷却源由所述温度控制器响应于来自一个或多个所述温度传感元件的反馈而自动调节，以将温度稳定性控制在规定范围内，所述温度控制器利用从一个或多个所述温度探头到所述温度计的反馈而被自动调节，以将所述导热材料的基准温度维持在预设目标温度的规定范围内。
7.一种恒温器阵列控制系统，包括：
两个或更多个毛细管柱，其中所述两个或更多个管柱在一个阵列中相互关联；
围绕着每个所述毛细管柱的毛细管本体支承；
支撑着所述毛细管本体支承的两个或更多个第一导热材料盘；
靠近所述第一导热材料盘围绕着所述毛细管本体支承的第二导热材料；
靠近所述第一和第二导热材料安置或安置在第一和第二导热材料内的一个或多个独立控制的加热或冷却元件，其中每个加热或冷却元件连接着加热或冷却源；
靠近所述第一和第二导热材料安置或安置在第一和第二导热材料内的一个或多个独立控制的温度传感元件，其中每个温度传感元件连接着温度控制器。
8.如权利要求7所述的控制系统，还包括：
靠近所述第一和第二导热材料安置或安置在第一和第二导热材料内的一个或多个独立控制的温度探头，其中每个温度探头连接着温度计；
其中，在所述系统被使用时，每个所述加热或冷却源由所述温度控制器响应于来自一个或多个所述温度传感元件的反馈而自动调节，以将温度稳定性控制在规定范围内，所述温度控制器响应于从一个或多个所述温度探头到所述温度计的反馈而被自动调节，以将所述第一和第二导热材料的基准温度维持在预设目标温度的规定范围内。
9.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述一个或多个加热或冷却元件靠近各所述管柱或通道安置，并且每个所述管柱或通道分别相对于其它所述管柱或通道绝热。
10.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述系统包括多个管柱或通道，其中两个或更多个所述多个管柱或通道被单一的加热或冷却元件加热或冷却，并且被单一加热或冷却元件加热或冷却的多组这样的管柱或通道在所述恒温器阵列控制系统相互关联；在一组所述管柱或通道中，被单一加热或冷却元件加热或冷却的所述管柱或通道可被维持在相同温度，所述阵列中的不同的组可被彼此独立地控制。
11.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述一个或多个加热或冷却元件靠近各管柱安置，并且每个管柱分别相对于其它管柱绝热。
12.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述系统包括多个管柱，其中两个或更多个所述多个管柱被单一的加热或冷却元件加热或冷却，并且被单一加热或冷却元件加热或冷却的多组这样的管柱在所述恒温器阵列控制系统相互关联；在一组所述管柱中，被单一加热或冷却元件加热或冷却的所述管柱可被维持在相同温度，所述阵列中的不同的组可被彼此独立地控制。
13.如权利要求6或7所述的控制系统，其特征在于，所述一个或多个加热或冷却元件还被用作所述温度传感元件。
14.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述毛细管柱或通道适用于要求存在电场的分离方法中，所述管柱或通道相对于所述加热或冷却元件电绝缘。
15.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述毛细管柱适用于要求存在电场的分离方法中，所述管柱相对于所述加热或冷却元件电绝缘。
16.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述加热或冷却元件围绕着所述毛细管柱或通道。
17.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述加热或冷却元件围绕着所述毛细管柱或通道。
18.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，包括与一个所述管柱或通道相对应地设置的两个或更多个独立控制的加热或冷却元件，其中所述两个或更多个加热或冷却元件沿着相对应的管柱或通道安置，以减小沿所述管柱或通道的长度的热梯度。
19.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，包括与一个所述管柱相对应地设置的两个或更多个独立控制的加热或冷却元件，其中所述两个或更多个加热或冷却元件沿着相对应的管柱安置，以减小沿所述管柱的长度的热梯度。
20.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，与一个所述管柱或通道相对应地设置的所述独立控制的加热或冷却元件被构造成用于实现温度程序化。
21.如权利要求7所述的控制系统，其特征在于，与一个所述管柱相对应地设置的所述独立控制的加热或冷却元件被构造成用于实现温度程序化。
22.如权利要求6或7所述的控制系统，其特征在于，所述加热或冷却元件是固态的。
23.如权利要求6或7所述的控制系统，其特征在于，所述加热或冷却元件是流体。
24.如权利要求23所述的控制系统，其特征在于，所述流体加热或冷却元件是液体。
25.如权利要求23所述的控制系统，其特征在于，所述流体加热或冷却元件是气体。
26.一种用于为特定样品的分析过程找到最佳温度的方法，所述方法包括以下步骤：
提供如权利要求6所述的恒温器阵列控制系统；
确定将要被检验的不同温度值的数量；
在恒温器阵列中设置一定数量的管柱或通道，该数量等于将要被检验的不同温度值的数量；
将每个所述管柱或通道构造成用于执行所述样品的所述分析过程；
调节与所述恒温器阵列相对应地设置的温度控制器，以将每个所述管柱或通道的温度维持在所述将要被检验的不同温度值中的一个；
在每个所述管柱或通道中对所述样品的不同部分同时执行所述分析过程，其中每个所述管柱或通道被维持在所述将要被检验的温度值中的相应一个；
对在所述管柱或通道中执行的所述分析过程的结果作比较，以确定出用于所述样品的所述分析过程中的最佳温度。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述分析过程是恒定变性毛细电泳。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述分析过程是单链构象多态性分析。
29.一种用于同时对多个样品执行分析过程的方法，每个所述样品分别具有适于所述过程的不同最佳温度，所述方法包括以下步骤：
提供如权利要求6所述的恒温器阵列控制系统；
确定将要被检验的不同样品的数量；
在恒温器阵列设置一定数量的管柱或通道或者成组管柱或通道，该数量等于将要被检验的不同样品的数量；
将每个所述管柱或通道构造成用于对所述多个样品中的一个执行所述分析过程；
调节与所述恒温器阵列相对应地设置的温度控制器，以将每个所述管柱或通道的温度维持在适于对相应所述样品执行所述分析过程的最佳温度；
在每个所述管柱或通道中同时对所述不同样品执行所述分析过程，其中每个所述管柱或通道被维持在适合于与所述管柱相对应的相应样品的最佳分析温度；
获取每个所述样品的所述分析过程的结果。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述分析过程是恒定变性毛细电泳。
31.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述分析过程是单链构象多态性分析。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication