用于提供可扩展热循环仪并隔离热电装置的设备、系统和方法与流程

本发明大体上涉及用于提供可扩展热循环仪并隔离热电装置的设备、系统和方法。

背景技术：

支持聚合酶链反应(PCR)的热循环是在全世界超过90％的分子生物学实验室中存在的广泛技术。

使用PCR过程扩增DNA(脱氧核糖核酸)涉及在若干不同的温度培育期内循环专门构成的液体反应混合物。所述反应混合物由包含待扩增的DNA和至少两个引物的各种成分组成，所述引物与样本DNA充分互补，从而能够产生正被扩增的DNA的延伸产物。PCR的关键是热循环的概念：使DNA变性、将短引物退火成单链以及延伸那些引物以产生新的双链DNA的复制物的交替步骤。在热循环时，PCR反应混合物被重复地从用于使DNA变性的约95℃的高温循环到用于引物退火和延伸的约50℃至70℃的低温。

在一些先前的PCR仪器中，样本管插入到金属块上的样本井中。为了执行PCR过程，根据使用者在PCR法中指定的规定温度和次数循环金属块的温度。通过计算机和相关电子设备控制所述循环。当金属块改变温度时，各个管中的样本经历类似温度改变。然而，在这些先前的仪器中，整体大小或覆盖面积常常较大并且因此占据实验台上的大量空间。在许多实验室中常常难以找到开放式实验台空间。在一些先前的仪器中之所以有相对大的覆盖面积可归因于循环样本以执行PCR过程所需的各个组件和子组合件的尺寸。

影响仪器的整体大小的组件是用以提供金属块的热控制以及最终样本的热控制的印刷电路板(PCB)。在一些先前的仪器中，包含两个印刷电路板。有时被称为接口板的一个PCB安置在热电装置的周界周围，并且可以用来向热电装置、热传感器和其它必需的电子设备提供电连接。有时被称为放大器板的另一个PCB可以用来取决于金属块的所要温度或设定点温度以及热传感器检测到的金属块或样本的温度以可控方式提供电流到热电装置。热电装置利用珀尔帖效应将热量从装置的一侧泵送到另一侧。在操作中，热电装置具有DC电流。电流流过TEC并且导致一个表面变热而相对的表面变冷。通过反转电流的方向，曾经为热的表面变冷并且曾经为冷的表面变热。

热电装置通常不能在潮湿的环境中很好地运行。湿气会促使装置内的电连接腐蚀。腐蚀增加连接的电阻并且最终导致装置过早发生故障以及仪器可靠性下降。

在一些先前的仪器中，热电装置的数目以及每个热电装置的大小可较大。在一些先前的仪器中，热电装置的数目可以是1、2、4、6、8或适用于应用的任何其它数目。因此，提供必需电连接的接口板会是相当大的。另外，PCB可安置在TEC的周界周围，进一步影响了仪器的整体大小。

在一些先前的仪器中，热电装置需要用以给热电装置供电的大量电流。取决于仪器，所需电流可大于10安培。提供此幅值的电流通常需要使用较大电组件(例如电感器)以提供必需的电流。电组件的大小影响放大器板的大小并且进一步影响仪器的大小。

因此，需要向全世界的科学家提供小型的、可扩展的、可靠的并且价格实惠的具有小覆盖面积的高性能仪器。

技术实现要素：

公开用于提供可扩展热循环仪并隔离热电装置的设备、系统和方法。

在一个方面中，公开一种包含样本块和热电装置的热循环仪系统。在各种实施例中，样本块具有经配置以接收多个反应容器的第一表面以及相对的第二表面。在各种实施例中，热电装置可操作地耦合到样本块的第二表面。在各种实施例中，提供一种热控单元。在各种实施例中，热控单元包含计算机处理单元。在各种实施例中，热控单元包含电流源。在各种实施例中，热控单元还包含电接口部分，其经配置以借助于电缆连接热电装置与电流源。在各种实施例中，热控单元与样本块和热电冷却器定向在不同的平面上。

在另一方面中，公开一种包含样本块和两个或更多个热模块的热循环仪系统。在各种实施例中，样本块具有经配置以接收多个反应容器的第一表面以及相对的第二表面。在各种实施例中，每个热模块包含热电装置。在各种实施例中，热电装置可操作地耦合到样本块的第二表面。在各种实施例中，每个热模块包含计算机处理单元。在各种实施例中，热控单元包含电流源。在各种实施例中，热控单元还包含电接口，其经配置以借助于电缆连接热电装置与电流源。在各种实施例中，热控单元与样本块和热电冷却器定向在不同的平面上。

在另一个方面中，公开一种热循环仪设备，其包含样本块、热电装置、滴盘、散热器以及散热器中界定的开口。在各种实施例中，样本块具有经配置用于接收样本支撑装置的第一表面以及相对的第二表面。在各种实施例中，热电装置经安置与样本块的第二表面热接触。在各种实施例中，滴盘包围样本块的周界。在各种实施例中，散热器经定位与热电装置热接触。在各种实施例中，散热器和滴盘经过气密密封。在各种实施例中，嵌入物定位在散热器中界定的开口中。在各种实施例中，嵌入物气密密封电连接引线使其与热电装置隔离。

在另一个方面中，公开一种热循环装置，其包含样本块、热电装置、滴盘、散热器、散热器中界定的开口、第一密封件和第二密封件。在各种实施例中，样本块具有经配置以接收样本支撑装置的第一表面以及相对的第二表面。在各种实施例中，热电装置经安置与样本块的第二表面热接触。在各种实施例中，滴盘包围样本块的周界并且具有顶表面和底表面。在各种实施例中，散热器经定位与热电装置热接触。在各种实施例中，散热器进一步包括底座，所述底座具有第一表面、第二表面和附挂在第二表面的多个散热片。在各种实施例中，第一密封件界定热电装置的周界。在各种实施例中，第一密封件进一步隔离散热器的第一表面且经配置以提供与滴盘的底表面的气密密封。在各种实施例中，第二密封件隔离样本块的第一表面的周界。在各种实施例中，第二密封件进一步经配置以提供与滴盘的底表面的气密密封。

在另一个方面中，一种热循环设备包含样本块、热电装置、滴盘、散热器、第一密封件、第二密封件、第三密封件以及第四密封件。在各种实施例中，样本块具有第一表面和第二表面。在各种实施例中，所述第二表面经配置用于接收样本支撑装置。在各种实施例中，热电装置经安置与样本块的第二表面热接触。在各种实施例中，滴盘包围样本块的周界并且具有顶表面和底表面。在各种实施例中，散热器经安置与热电装置热接触并且包括底座，所述底座具有第一表面、第二表面、附挂在第二表面的多个散热片以及散热器中的开口。在各种实施例中，第一密封件界定热电装置的周界。在各种实施例中，第一密封件进一步隔离散热器的第一表面且经配置以提供与滴盘的底表面的气密密封。在各种实施例中，第二密封件隔离样本块的第一表面的周界。在各种实施例中，第二密封件经配置以提供与滴盘的底表面的气密密封。在各种实施例中，第三密封件定位在散热器的界定的开口中。在各种实施例中，第三密封件经配置以气密密封电连接引线使其与热电装置隔离。在各种实施例中，第四密封件定位在附接至热电装置的一个或多个电引线的端部处。

在另一个方面中，一种热循环设备包含样本块、热电装置、滴盘、散热器以及多个密封部件。在各种实施例中，样本块具有第一表面和第二表面。在各种实施例中，所述第一表面经配置用于接收样本支撑装置。在各种实施例中，热电装置经安置与样本块的第二表面热接触。在各种实施例中，滴盘包围样本块的周界。在各种实施例中，滴盘具有顶表面和底表面。在各种实施例中，散热器经安置与热电装置热接触并且包括底座，所述底座具有第一表面、第二表面、附挂在第二表面的多个散热片以及在散热器中界定的开口。在各种实施例中，多个密封部件经配置以在样本块与散热器之间气密密封热电装置。

在另一个方面中，一种用于控制热电装置的方法包括：提供能够分析生物样本的设备，所述设备包括一个或多个热块、一个或多个热电装置和一个或多个热控单元；远离热电装置定位热控单元中的每一个；将特有热控单元电连接到热电装置中的一个；以及控制热电装置中的每一个的温度。在各种实施例中，一个或多个热块各自具有第一表面和第二表面。在各种实施例中，所述第一表面经配置用于接收样本支撑装置。在各种实施例中，一个或多个热电装置可操作地耦合到至少一个热块的第二表面。在各种实施例中，一个或多个热控单元经配置以控制单个热电装置。在各种实施例中，借助于电缆进行特有热控单元到热电装置中的一个的电连接。在各种实施例中，借助于特有热控单元进行对热电装置中的每一个的温度的控制。

本文提供这些以及其它特征。

附图说明

为了更全面地理解本文所公开的原理以及其优点，现在参考结合附图获得的以下描述，其中：

图1是示出根据现有技术的样本块组合件的框图。

图2是示出根据现有技术用于控制样本块组合件的温度的多通道功率放大器系统布局的框图。

图3是示出根据各种实施例的用于控制样本块组合件的温度的功率放大器系统布局的框图。

图4是示出根据各种实施例的用于控制样本块组合件的温度的多模块功率放大器系统布局的框图。

图5示出根据现有技术的密封技术的框图。

图6A到6C是示出根据各种实施例的密封技术的框图。

图7是示出根据各种实施例可以如何采用多个热控单元来控制多个热电装置的示例性过程流程图。

具体实施方式

在本说明书中描述用于提供可扩展热循环仪并隔离热电装置的设备、系统和方法的实施例。本文所用的章节标题仅用于组织目的并且不应理解为以任何方式限制所描述的主题。

将详细参考本发明的各种方面，在附图中图示这些方面的实例。在可能的情况下，将贯穿图式使用相同的参考标号来指代相同或类似的部分。

在各种实施例的此详细描述中，出于解释的目的，阐述许多特定细节以提供所公开的实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将了解，可以在具有或不具有这些具体细节的情况下实践这些各种实施例。在其它情况下，以框图形式示出结构和装置。此外，所属领域的技术人员可以容易地了解，用以呈现和执行方法的具体顺序为说明性的，且预期所述顺序可以改变且仍保持在本文中所公开的各种实施例的精神和范围内。

除非另外定义，否则本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本文所描述的各种实施例所属领域的一般技术人员通常所理解的相同的含义。当并入的参考文献中的术语的定义呈现为与本发明教示中提供的定义不同时，应以本发明教示中提供的定义为准。

应了解，在本发明教示中论述的温度、浓度、时间等之前隐含“约”，因此微小且非实质的偏差在本发明教示的范围内。在本申请中，除非另外明确陈述，否则单数的使用包含复数。此外，“包括(comprise/comprises/comprising)”、“含有(contain/contains/containing)”以及“包含(include/includes/including)”的使用并不意图为限制性的。应理解，以上一般描述和以下详细描述均仅是示例性和解释性的并且并不限制本发明教示。

虽然结合各种实施例描述了本发明教示，但是并不打算使本发明教示限于此类实施例。相反，如所属领域的技术人员将了解，本发明教示涵盖各种替代方案、修改以及等效物。

此外，在描述各种实施例时，本说明书可已将方法和/或过程呈现为特定顺序的步骤。然而，就所述方法或过程并不依赖于本文中阐述的步骤的特定次序而言，所述方法或过程不应限于所描述的步骤的特定顺序。如所属领域技术人员将了解，步骤的其它顺序可为可能的。因此，在说明书中阐述的步骤的特定次序不应解释为对权利要求的限制。另外，针对方法和/或过程的权利要求不应限于以书写的次序进行其步骤，且所属领域的技术人员可以易于了解的是顺序可以变化且仍保持在各种实施例的精神和范围内。

一般来说，在给生物实验室提供仪器的情况下，出于至少以下原因较小物理大小的仪器是有益的。首先，在较小的实验室中，由于可用工作空间的限制，较小的仪器可更容易整合。第二，较小物理大小的仪器可以使科学家能获取多个仪器，而先前工作空间可能仅容纳一个仪器。

图1中示出符合现有技术的仪器架构。仪器100包含热块110、接口板120、放大器130和主控制器板140。热块110可以由展现良好热特性的材料制成。在热块下方并且热耦合到热块的可以是热电装置(未示出)。热电装置是固态装置，其响应于施加到附接至装置的电引线的电流或电压利用珀尔帖效应将热量从一侧泵送到另一侧。热电装置可以用于加热以及冷却样本块，同时占用相对小的空间。

热电装置可以通过例如焊料电连接到接口板120。接口板120可以为仪器提供各种附加级别的功能。接口板还可以包含例如用于热传感器、模/数转换器、数/模转换器、存储器装置的连接，并且促成用于气密密封热电装置的解决方案。

接口板可以另外连接到放大器板130和主控制器板140。放大器板130通过执行计算机可读指令和算法确定通过热电装置加热和冷却样本块所需的电压或电流。放大器板也可以连接到主控制器板140。到主控制器板140的连接可以为主控制器提供热传感器读数、来自模/数转换器的数字数据、存储器数据，并且向主控制器提供数/模转换器。主控制器可以采用全部所列功能来控制到热电装置的电流或电压，由此实现对样本块和生物样本的精确温度控制。主控制器板140也可以提供各种通信接口。这些接口的实例为RS232、RS422、RS485、CAN、以太网、蓝牙、IEE-488、无线、USB和火线。主控制器板140可以进一步提供用于例如eGUI、触摸屏、打印机、鼠标和键盘以及数据存储装置等使用者界面的连接。

图2中描绘图1的现有技术的变化形式。图2同样表示的是现有技术。仪器200包含热块210、接口板220、放大器板230和主处理器板240。在这种情况下，热块210被分成彼此热隔离的三个相等大小的分段。每个分段与正下方的专用热电装置(未示出)相关联。每个热电装置通过定位在放大器板230上的三个独立的放大器通道230a到230c中的一个控制。此架构使得能够独立控制每个热电装置。虽然仪器200为使用者提供了更大的灵活性，但是两个附加放大器通道和两个附加块分段的添加会增大接口板220和放大器板230两者的尺寸以及仪器的总体复杂性。更大的PCB尺寸也会造成物理上更大的仪器，一些实验室可能难以容纳所述物理上更大的仪器。

图3中示出的第一实施例是对图1和图2中所描绘的现有技术架构的不同改进。仪器300包含热块310、热控单元320和主控制器350。热块310可以具有经配置用于接收样本支撑装置的第一表面。在一些实施例中，热块可以是导热金属。在一些实施例中，所述金属可以是但不限于铝、铜、银或金。在一些实施例中，样本块可以是陶瓷，例如碳化硅。样本支撑装置可以是此项技术中已知的任何样本支撑装置，例如微量滴定盘、个别管道、管坯、玻璃、金属或塑料载片或与生物分析相容的任何其它支撑装置。每个样本支撑装置可以含有用以支撑多个样本的任何数目的位置。样本位置的数目可以是从1个样本位置到数千个样本位置。例如，样本支撑装置可以容纳1个、4个、8个、12个、16个、24个、32个、48个、96个、384个、1536个、2048个、3072个样本或用于生物分析所需的任何其它数目的样本。每个样本位置可以是圆形或长方形的。每个样本位置可以进一步含有平坦底部、凹面底部、锥形底部或没有底部。每个样本位置可以进一步设定大小以容纳各种样本体积。样本体积可以从例如5皮升直到100微升，但不限于此范围。每个样本支撑装置可以进一步具有各种几何形状，例如长方形或圆形，但不限于这些几何形状。

热块310可以进一步具有与第一表面相对的第二表面。第二表面可以热耦合到一个或多个热电装置(未示出)。每个热电装置可以包含一个或多个电引线。热耦合可以包含界面材料。界面材料在此项技术中众所周知，并且可以是例如热脂膏、石墨片或浆料、相变涂布箔片、浸渍有铝或氧化硅的垫或任何数目的可用热粘合剂。界面材料可以进一步提供样本块与热电装置之间的顺应性以确保热块与热电装置之间的均匀热接触。

热块310还可以热耦合到一个或多个热传感器(未示出)。热传感器在此项技术中众所周知，并且可以各种形状和大小来获得。热传感器可以是例如电阻温度装置(RTD)、热敏电阻、热电偶、红外(IR)检测器或硅带隙装置。热传感器可以耦合到样本块的表面或嵌入样本块中。热传感器可以通过热粘合剂、机械夹片或弹簧、热脂膏或此项技术中已知的任何其它热界面耦合。

热控单元320可以包含供电区段330和接口区段340。供电区段330和接口区段340组合到热控单元320中消除了如现有技术所实践的两个PCB的需要。供电区段330可以主要是电压源或电流源。供电区段可以进一步可调整以提供各种量的电压或电流到热电装置。供电区段可以通过电控制接口332进一步连接到热电装置的一个或多个电引线。

热控单元320可以进一步包含接口区段340。接口区段340可以提供各种功能。各种功能可以包含先前关于图1的接口板120所描述的功能。在一些实施例中，接口可以提供例如永久存储、易失性存储、模/数数据转换、数/模数据转换和通信。在一些实施例中，热控单元320可以包含处理器360。在一些实施例中，接口区段340可以包含处理器。在一些实施例中，供电区段330可以包含处理器。在一些实施例中，接口区段340和供电区段330可以各自包含处理器。

处理器360可以提供对样本块的热控制。在一些实施例中，接口340可以连接到一个或多个热传感器(未示出)，所述热传感器通过传感器接口342耦合到热块以实现闭环热控制。在一些实施例中，闭环热控制可以包含比例、积分和微分元素(PID)。在一些实施例中，闭环热控制可以包含比例、积分和微分元素中的仅一个或两个元素。

热控单元320上的处理器360可以进一步向仪器300提供通信能力。在一些实施例中，通信可以在接口区段340与供电区段330之间。在一些实施例中，通信可以在接口区段340与主控制器350之间。在一些实施例中，通信可以在接口区段340与热传感器(未示出)之间。在其它实施例中，通信可以在接口区段340、主控制器350、供电区段330与热传感器之间。在一些实施例中，通信可以是单向的。在一些实施例中，通信可以是双向的。在一些实施例中，通信可以是单向和双向的组合。在一些实施例中，通信可以包含标准协议。标准协议可以是例如RS232、RS422、IEEE 488、CAN、以太网、蓝牙、火线或此项技术中已知的任何其它协议。

进一步参考图3，仪器300还可以包含主控制器350。主控制器350还可以包含处理器(未示出)。主控制器350的处理器可以是单独的且是除了热控单元320上包含的处理器以外的处理器。主控制器350的处理器可以提供与热控单元320的处理器不同的且相容的仪器功能。在一些实施例中，主控制器350的处理器可以连接到热控单元320的处理器并且与所述处理器通信。在一些实施例中，通信可以是单向的。在一些实施例中，通信可以是双向的。在一些实施例中，通信可以是单向和双向的组合。在一些实施例中，通信可以包含标准协议。标准协议可以是例如RS232、RS422、IEEE 488、CAN、以太网、USB、蓝牙、火线或此项技术中已知的任何其它协议。

在最简单的实施例中，主控制器350可以包含到仪器300外部环境的接口。在一个实施例中，主控制器350提供与使用者的交互。使用者可以通过输入装置输入信息到仪器300中。输入装置的实例包含但不限于触摸屏、例如鼠标的指向装置、外部键盘、一个或多个外部计算机，以及整合到仪器300中的小键盘。使用者还可以从仪器300检索信息。可以通过输出装置从仪器300检索信息，输出装置包含但不限于内嵌式显示器、打印机、跳转驱动器、一个或多个外部计算机、外部硬盘驱动器和云接口。输入装置可以通过各种方案与仪器300通信并且连接到仪器300，并且可以是单向或双向的。在一些实施例中，通信可以包含标准协议。标准协议可以是例如RS232、RS422、IEEE 488、CAN、以太网、USB、蓝牙、火线或此项技术中已知的任何其它协议。

在另一实施例中，主控制器350可以与热控单元320通信。与热控单元320的通信可以使得使用者能够输入控制参数到仪器300。使用者可以使用控制参数来创建用于仪器的协议。协议可以包含热参数和光学检测参数。控制参数可以包含但不限于设定点温度、保持时间或停留时间、升温速率、时间的自动递增/递减、温度的自动递增/递减、培育温度、温度循环的次数、协议的数据采集部分、滤光器的数目以及光积分时间。

除了如上所述创建协议以外，使用者还可以从仪器检索信息。可以通过上述任何输出装置检索信息。使用者可以检索信息，例如，仪器的状态。在一些实施例中，状态可以包含仪器的可用性。在另一实施例中，检索到的信息可以包含仪器的运行状态。运行状态可以包含但不限于正运行的协议的名称、当前温度、正运行的循环次数、协议的结束时间以及运行期间的误差。

应注意，热控单元320与现有技术的不同之处在于热控单元320以及因此接口系统340与热电装置分离。远离热电装置定位热控单元320可以允许热块310和热电装置占据比现有技术更小的几何形状。使热控单元320与热电装置分离还可以实现可扩展性的可能性。在一些实施例中，热块310可以多个块分段配置。每个块分段可以包含热电装置和热传感器。因此，仪器可以构造为具有超过一个块分段，其中每个块分段关联到专用的热控单元。图4中示出此类仪器。

仪器400包含三个块分段410a到410c。每个块分段可以包含任何数目的样本位置。每个样本位置可能够容纳样本体积。类似于图3的仪器300，块分段410a到410c中的每一个也可以热耦合到温度传感器和热电装置。仪器400还可以包含热控单元420a到420c。类似于图3的热控单元320，每个热控单元420a到420c也可以包含处理器(未示出)、接口区段(未示出)和供电区段(未示出)。每个热控单元420a到420c可以与单个块分段相关联。一个块分段与一个热控单元的相关性可以允许对每个块分段的热控制独立于另一个块分段。块分段的独立控制可以为使用者提供增加的灵活性。此灵活性可以包含以相同协议运行全部块分段以及能够在每个分段中运行不同的协议。仪器400进一步包含主控制器450。还可以通过远离热电装置定位热控单元420a到420c来实现增加的灵活性。还可以通过在与热电装置不同的平面中定位热控单元420a到420c来实现增加的灵活性。可以在向仪器添加附加的块分段时进一步实现增加的灵活性。可以通过包含附加的热控单元来实现附加的块分段，由此排除例如图1的现有技术中存在的接口板的重新设计。主控制器450可以包含上文关于图3的主控制器350、图2的主控制器240和图1的主控制器140呈现的任何或全部功能。所属领域的技术人员将认识到，三个块分段和三个热控单元的描绘不具限制性，并且可以包含任何数目的分段。

使一个块分段与一个热控单元相关联的额外优点在于仪器可以是模块化的。例如，能够容纳16个样本的耦合到热控单元的块分段可以通过添加附加的块分段以及其相应的热块单元而作为一系列仪器的基础。通过采用16个样本的共用架构(例如)与热控单元可以降低成本并且允许容易增量和缩减以满足客户需要。

在一些实施例中，图4的块分段410a到410c可以彼此邻近，使得可以跨全部分段容纳标准微量滴定盘。如先前所呈现，标准微量滴定板是此项技术中已知的，并且可以包含例如24个井、48个井、96个井和384个井。在另一实施例中，块分段41a到410c可以与彼此分离以防止跨全部分段容纳标准微量滴定盘的使用。在此类实施例中，每个块分段可以被视为热独立的。

远离热电装置定位图3的热控单元320和图4的热控单元420a到420c还会使热电装置与环境条件的隔离存在挑战。此项技术中已知的是热电装置对湿气敏感。湿气可以例如来自水汽。具有高湿度的环境条件会提供水汽。暴露到湿气会导致热电装置退化从而提早导致故障。

图5是现有技术的仪器的框图。图5描绘用于密封热电装置以防环境湿气的技术。仪器500包含定位在样本块510与散热器530之间的热电装置520a和520b。散热器530可以提供热通路，用于尤其在冷却热块期间消除热块的余热。散热器530可以通过如先前所描述的导热的顺应层(未示出)热耦合到热电装置520a和520b。热电装置也可以使用类似技术热耦合到热块310。

仪器500进一步包含接口板550。接口板550可以提供热电装置520a和520b与电源之间必需的电连接。电源在现有技术中已知为放大器并且在图1中以参考标号130示出。仪器500进一步包含滴盘540。滴盘540可以安置在热块510的周界周围。滴盘540可以由绝热材料构造以使热块510与在比热块510的温度更低的温度下的组件隔离。更低的温度可以是环境温度。隔热可以有利地用于防止来自热块510的热量传导到热块510之外，这可以使得热块510的边缘比热块510的中间区域更冷。滴盘540还可以容纳紧固件(未示出)以有助于如将在下文论述的密封热电装置520a和520b使其与环境隔离。

可以通过气密密封实现隔离热电装置520a和520b以免暴露到湿气。可以通过组件560、570和580实现图5中图示的气密密封。如图5中所示，湿气可以通过热块510与滴盘540之间的间隙、滴盘540与接口板550之间的间隙以及接口板550与散热器530之间的间隙开始接触热电装置520a和520b。

在现有技术中，密封元件560可以是定位在接口板550的上表面上的基于背胶泡沫的材料。密封元件560可以是染刻元件。密封元件560可以进一步定形为大体上长方形形状并且界定热电装置520a和520b的周界。密封元件560可以进一步提供顺应性以补偿滴盘540的底表面与接口板550的顶表面中的不规则处。密封元件560可以用于防止湿气通过滴盘540与接口板550之间的间隙到达热电冷却器520a和520b。

在现有技术中，密封元件570可以构造为类似于密封元件560，并且经定位相对接口板550的底表面上的密封元件560。密封元件570可以进一步提供顺应性以补偿接口板550的底表面与散热器530的顶表面中的不规则处。密封元件570可以用于防止湿气通过接口板550与散热器530之间的间隙到达热电冷却器520a和520b。

在现有技术中，可以并入密封元件580以防止热电装置520a和520b通过滴盘540与热块510之间的间隙暴露到湿气。在现有技术中，密封元件580可以起两个功能的作用。一个功能可以是防止湿气接触热电装置520a和520b。第二功能可以是防止来自热块510的热量远离热块510传导并且到达滴盘540。由于所述附加功能，现有技术中的密封元件580由与密封元件560和570不同的材料构造。在现有技术中，密封元件可以由例如硅酮橡胶的材料构造。

虽然图5中未示出，但是现有技术的仪器可以在滴盘540和热块510(密封元件580可以定位在滴盘540与热块510之间)上包含互补特征。另外在现有技术中存在且在图5中未示出的是紧固件，其可以将滴盘540固定到散热器530，由此压紧密封元件560、570和580从而密封热电元件520a和520b以防环境湿气。

现在参考图3和图3的先前论述，已经从热块310和其相关联的热电装置移除现有技术的接口板的功能。如此，无法如现有技术中所论述的实现气密密封热电装置以防环境湿气条件。

图6A和6B是用于气密密封仪器600中的热电装置的改进技术的框图。仪器600可以包含散热器630、热块610和滴盘640。滴盘640可以经配置以包围热块610的上周界。滴盘640可以进一步经配置以容纳用于将滴盘640固定到散热器630的紧固件。热电装置620定位在热块610与散热器630之间。如先前论述，在此项技术中众所周知的是热电装置受暴露于湿气的不利影响。湿气会造成热电装置腐蚀，从而产生电阻增加的区域。电阻增加以及电流流过装置会造成装置上的热点，所述热点最终会造成物理故障。因此重要的是尤其在操作期间使热电装置与湿气的接触减到最少。

如图6A和图6B中所示，热电装置620定位在以热块610、散热器630和滴盘640为界的空间内。因此重要的是此空间与环境条件隔离。如图6B中所示，热电装置620可以包含一个或多个电引线650。电引线650可以是在热电装置620与热控单元(未示出)之间的电气管道。代表性的热控单元在图3中以参考标号320示出。

为了隔离热电装置620，因此，注意图6A和图6B的三个区域。首先，在滴盘640与热块610的上周界之间可存在气隙。其次，在滴盘640与散热器630之间可存在气隙。最后，将电引线650连接到热控单元可导致电引线650周围的间隙。

参考图6A，在散热器630的上表面与滴盘640的底表面之间可以看到第一间隙。可需要提供第一密封件670以闭合第一间隙。在仪器操作期间，热块610会经受频繁的高于环境的温度改变。相比而言，已知散热器630和滴盘640呈现更佳的热稳定性，并且维持更接近环境的温度。此外，已知散热器630的上表面和滴盘640的底表面远离热块610一定距离，因此不对热块610的温度产生不利影响。适用于填充散热器630与滴盘640之间的气隙的材料应具有不仅顺应性而且还应为气密的特性。在一个实施例中，基于泡沫的衬垫材料可以适用作第二密封件以气密密封散热器630的上表面与滴盘640的下表面之间的第二间隙。为方便起见，还可能需要使基于泡沫的衬垫材料背胶在一侧或两侧上。应注意，在此实施例中对于基于背胶泡沫的衬垫的建议不应被视为具限制性。所属领域的技术人员将了解，呈现所需特性的任何材料将为适用的材料。

再次参考图6A，在热块610的上周界与滴盘640的底表面之间可以看到第二间隙。可需要提供第二密封件680以闭合第二间隙。在仪器操作期间，热块610会经受频繁的温度改变。热块610可以响应于温度改变而膨胀和收缩。热块610的膨胀和收缩会在滴盘640牢固地固定到热块610时造成困难。此外，滴盘640可以在环境条件下为热稳定的，并且在热块610与滴盘640之间形成温度梯度。在此区域中的温度梯度可导致当热量从热块610传导到滴盘640时热块的边缘变得比热块的中心更冷。适用于填充热块610与滴盘640之间的气隙的材料应具有不仅顺应性和气密而且还应为热电阻性的特性。在一个实施例中，例如硅酮橡胶的聚合物可以适用作第二密封件680以气密密封热块610的上周界与滴盘640的下表面之间的第二间隙。然而，应注意，在此实施例中对于硅酮橡胶用作第二密封件680的建议不应被视为具限制性。所属领域的技术人员将了解，呈现所需特性的任何材料将为适用的材料。

如先前所描述，仪器600与图3中示出的仪器300具有类似性，并且与图1的现有技术的不同之处在于现有技术的接口板功能远离热块和相关联热电模块定位。图6中不存在接口板使确保热电装置620的电引线650与热控单元之间的连接周围的气密密封存在挑战。在此项技术中众所周知的是散热器是例如图6A和图6B中示出的仪器的组件。然而，所属领域的技术人员应注意，图6B中所描绘的散热器630可以不具有现有技术中可辨识的几何形状。具体来说，图6B的区域632可以使散热器630与现有技术区别。

图6B的区域632包含凹处634和界定的开口636。可以包含凹处634以提供用于将电引线650插入到界定的开口636中的空间。如区域632中所示，界定的开口636可以大体上大于电引线650的尺寸。如此，第三密封件690可以定位在界定的开口636中以填充界定的开口636未被电引线650占用的部分。第三密封件690可以经构造使得第三密封件690略微大于界定的开口636。适用于填充界定的开口636的材料可以具有顺应性的特性，由此提供相对于界定的开口636的内表面的气密配合。在一些实施例中，第三密封件690可以由硅酮橡胶制成。在另一实施例中，第三密封件690可以由顺应性粘合剂制成。然而，应注意，在此实施例中对于硅酮橡胶和粘合剂用作用于第三密封件690的合适材料的建议不应被视为具限制性。所属领域的技术人员将了解，呈现所需特性的任何材料将为适用的材料。

第三密封件690包含通道692a到692d。第三密封件690的通道692a到692d可以容纳电引线650以及热传感器引线(未示出)。在一个实施例中，通道692a到692d的内径可以经设定尺寸略微小于电引线650的外径和热传感器引线(未示出)的外径。此类尺寸设定可以提供干扰配合，所述干扰配合可以在电引线650和热传感器引线(未示出)周围提供气密密封。在另一实施例中，通道692a到692d的内径可以略微大于电引线650的外径和热传感器引线(未示出)的外径。虽然此类尺寸设定可以方便电引线650和热传感器引线(未示出)的插入，但是会在电引线周围引起气隙。由略微较大外径的通道692a到692d引起的气隙可以用适用于在电引线650和热传感器引线(未示出)周围提供气密配合的材料进行填充。在一些实施例中，电引线650和热传感器引线(未示出)周围的气隙可以用顺应性粘合剂进行填充。在另一实施例中，电引线650和热传感器引线(未示出)周围的气隙可以用热脂膏进行填充。应注意，在这些实施例中对于顺应性粘合剂和热脂膏作为合适材料来填充电引线650和热传感器引线周围的气隙的建议不应被视为具限制性。所属领域的技术人员将了解，呈现所需特性的任何材料将为适用的材料。

还可以存在第四气隙。如先前所描述，每个热电装置620可以包含一个或多个电引线650。电引线650在此项技术中众所周知并且可以包含电线。电线可以包含由绝缘层包围的一个或多个电导体。绝缘可以包含具有提供电绝缘的特性的任何材料。电绝缘材料在此项技术中众所周知，并且可以包含但是不限于塑料、橡胶、聚四氟乙烯和聚丙烯。包围一个或多个电导体的绝缘用于隔离所述一个或多个电导体与极为贴近电引线的其它电导体的目的。然而，绝缘并不提供从导体的一端到另一端的气密通道。因此，在绝缘与一个或多个电导体之间会存在气隙。此气隙可以通过第四密封件660密封。第四密封件660可以是能适用于一个或多个电引线附接至热电装置的端部的任何材料。例如室温硫化硅酮(RTV硅酮)的材料可以是合适的材料，其能容易地在一个或多个电导体中的每一个电导体与绝缘之间涂覆和分布，由此形成气密密封。

图7是示出根据各种实施例可以如何采用多个热控单元来控制多个热电装置的示例性过程流程图。在步骤702中，提供能够分析生物样本的设备。在各种实施例中，所述设备可以包含一个或多个热块、一个或多个热电装置和一个或多个热控单元。在各种实施例中，每个热块可以包含第一表面和第二表面。在各种实施例中，第一表面可经配置以接收样本支撑装置。在各种实施例中，热电装置中的每一个可以可操作地耦合到热块的第二表面。在各种实施例中，热控单元中的每一个可能够控制一个热电装置。在各种实施例中，在步骤703中，可以远离热电装置定位热控单元中的每一个。

在各种实施例中，在步骤704中，可以通过借助于电缆将特有热控单元电连接到热电装置中的一个来远离热电装置定位热控单元。在各种实施例中，电缆可以通过使每个热控单元的位置能处于仪器所需的任何距离处而提供灵活性。在各种实施例中，电缆可以通过使每个热控单元的位置能处于相对于热电装置的任何定向处而提供灵活性。在各种实施例中，电缆可以通过使每个热控单元的位置能处于相对于热电装置的任何定向和任何距离处而提供灵活性。

在各种实施例中，在步骤705中，可以通过特有热控单元控制热电装置的温度。在各种实施例中，利用特有热控单元控制热电装置的温度可以通过使每个热电装置能由经电缆附接的热控单元针对不同时间段控制为不同温度而提供灵活性。

尽管出于清楚和理解的目的已在某些细节上描述前述实施例，但所属领域的技术人员将通过阅读本发明而清楚，在不脱离本文所公开的实施例的真实范围的情况下可以进行形式和细节上的各种改变。例如，可以通过各种组合方式使用上述全部技术、设备、系统和方法。