具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。

基于前述背景技术中所提出的，由于现有的PCR加热模块，大多都是利用半导体升降温或空气升降温技术，用金属浴或者油浴的方式对PCR管中的液体加热或降温。模块的升降温速度从2.5度(如StratageneMX3000P)～20度(如Roche的LightCycler2.0)不等，常见的ABI7500模块升降温速度仅2.5度每秒，升降温速度也将直接影响了PCR反应的耗时以及效果。在进行加热升温的过程中，热量一般是由加热器产生，而加热器一般与需要加热的式样载体是分离的，从而导致了在加热的过程尝尝伴随出现从加热器到试样载体的载体薄片的热转移的热损失；另外，加热器与式样载体的分离还导致了加热系统或装置的温度控制环路中出现时延或滞后，改变加热器的功率从而进行温度的调整，并不能够直接快速地反映在式样载体的温度变化上。

基于上述现有技术中所存在的缺陷，在第一方面如图1所示，本申请提供的一种PCR升温加热系统，该系统包括TEC加热模块、散热器、散热风扇以及PCR扩增反应容器；其中，散热器固定连接在TEC加热模块的第一表面，在与第一表面相邻的第二表面设有散热风扇，PCR扩增反应容器与散热器活动接触。

其中，第一表面是将TEC加热模块水平放置之后的顶面，而第二表面是指TEC加热模块的侧表面；系统中的TEC加热模块用于产生热量；散热器用于将热量传导至PCR扩增反应容器；PCR扩增反应容器用于通过散热器传导获得的热量对PCR扩增试剂进行加热；散热风扇用于对TEC加热模块的散热气流进行导流。

更为具体地，实施例系统中TEC加热模块主要用于快速变温；散热器、散热风扇均用于加速TEC加热模块的温度改变；位于TEC加热模块上部的PCR扩增反应容器在TEC加热模块快速升降温下在不同温度间变化，其内部的溶液能满足基因扩增对温度变化的要求，并且由于反应容器和TEC加热模块直接接触，可随着TEC加热模块快速升降温。本发明解决了现有PCR加热装置所存在的热转移过程中的热损失以及温度控制的不准确性的问题。此外，实施例系统中放置PCR扩增试剂的反应容器，例如存放PCR扩增试剂的离心管，可以选用塑料、玻璃、硅胶、硅片以及金属等材质，可以根据不同的加热需求，例如对温度控制的需求情况和速率进行自由地选择。在实施例中，PCR扩增反应容器的两端开口处有多种封口模式。可以用油封或者硅胶等密封，来防止液体挥发，油封为中间是试剂，两端为油封堵，同时也可多次反复使用；或则选用硅胶或者其他可凝固的胶封堵为封堵上液体，也可以最大限度防止液体挥发。

在一些可选择的实施例中，PCR升温加热系统还包括温度传感器，该温度传感器设在PCR扩增反应容器表面。

具体地，TEC加热模块与该温度传感器直接接触，可以实现实时监测。实施例中所选用的温度传感器很薄，对温度的传导作用可以忽略，避免热量散失，相当于TEC加热模块直接作用于温度传感器上的反应容器。

在一些可选择的实施例中，PCR升温加热系统可以设有两个散热风扇：第一散热风扇和第二散热风扇，第一散热风扇设在与第一表面相邻的第二表面，第二散热风扇设在远离第二表面的第三表面。

其中，第二表面与第三表面均为TEC加热模块水平放置时的侧表面，且第二表面与第三表面为相对(或相互平行)的两个侧表面。在相对的两个侧表面分别设置有散热风扇，能能够加速对TEC加热模块的散热气流的导流，从而实现更为快速地控制TEC加热模块的温度。

在一些可选择的实施例中，如图2所示，PCR升温加热系统中，在PCR扩增反应容器远离散热器的表面设有至少一道凹槽，凹槽相互平行，凹槽用于放置离心管或芯片式流道。

具体地，在PCR扩增反应容器的上表面平行设置有多道凹槽，在该凹槽中可以放置离心管或芯片式流道，以使得替换试剂更加方便，可重复多次使用，寿命长。PCR扩增反应容器中也可以同时放入多组不同试剂，互不干扰，有效提高了平行实验的精确性。

此外，在一些实施例中，PCR扩增反应容器的凹槽还可以包括连通凹槽，连通凹槽用于存储混合后PCR扩增试剂；TEC加热模块还连接有外接气泵，外接气泵用于控制PCR扩增速率。

具体地，实施例系统中PCR扩增反应容器中的凹槽或管道的设置方式不固定，极大地扩大了该系统的用途。例如，将两个管道打通，两个管道中分别放入不同的试剂，即可进行相关的混合实验。此外，实施例系统在加热过程中试剂用量少，TEC可控温，可通过外接气泵控制气压来控制速率，使得实施例系统的衍生装置极为丰富。

在一些可选的实施例中，TEC加热模块包括热端和冷端；其中，热端靠近冷端的表面设有第一金属导体，冷端靠近热端的表面设有第二金属导体，第一金属导体与第二金属导体之间设有若干半导体元件；热端和冷端为陶瓷电极。

具体地，实施例中半导体制冷/加热器(Thermo Electric Cooler，TEC)是利用半导体材料的珀尔帖效应制成的；珀尔帖效应，是指当直流电流通过两种半导体材料组成的电偶时，其一端吸热，一端放热的现象。实施例中重掺杂的N型和P型的碲化铋主要用作TEC的半导体材料，碲化铋元件采用电串联，并且是并行发热。TEC加热模块包括一些P型和N型对(组)，它们通过电极连在一起，并且夹在两个陶瓷电极之间；当有电流从TEC流过时，电流产生的热量会从TEC的一侧传到另一侧，在TEC上产生热侧和冷侧，以实现温度的升高或者降低。

在一些可选的实施例中，系统中的PCR扩增反应容器内部填充有溶液，溶液用于存储热量和/或进行热量传递。

具体地，在PCR扩增反应容器内部填充有比热容较高的溶液，以提高PCR扩增反应容器吸热和散热的能力，满足基因扩增对温度变化的要求。

第二方面，在第一方面的系统的基础上，本申请的技术方案还提供一种PCR升温加热装置，该装置搭载了第一方面中任意一种PCR升温加热系统。

第三方面，如图3所示，本申请实施例在第一方面中的系统的基础上，还提供了一种PCR升温加热方法，方法包括步骤S100-S300：

S100、控制TEC加热模块加热产生热量；

S200、通过散热器将热量传导至PCR扩增反应容器；

S300、PCR扩增反应容器通过散热器传导获得的热量对PCR扩增试剂进行加热；

具体地，实施例首先将用于PCR扩增的试剂倒入离心管等容器之中，然后将容器放置在PCR扩增反应容器中，然后控制TEC加热模块进行加热，由于TEC加热模块温度升高，散热器吸收其产生的热量，并进一步传导至PCR扩增反应容器，PCR扩增反应容器获取散热器传导的热量，对其中的PCR扩增的试剂进行加热。系统中位于上部的PCR扩增反应容器在TEC加热模块快速升降温下在不同温度间变化，其内部的溶液能满足基因扩增对温度变化的要求，并且由于反应容器和TEC加热模块直接接触，可随着TEC加热模块快速升降温。

可以理解的是，由于实施例中的TEC加热模块可以进行制热或制冷，同样地通过热传导的方式，本实施例也可以实现对PCR扩增试剂进行降温。

在一些可选择的实施例中，PCR升温加热方法还可以包括以下步骤：

S400、通过散热风扇对TEC加热模块的散热气流进行导流。

具体地，实施例通过散热风扇TEC加热模块进行散热，以便于在进行温度调控的过程中，尤其是降低温度的过程中，能够更加快速地使TEC加热模块达到目标温度。

从上述具体的实施过程，可以总结出，本发明所提供的技术方案相较于现有技术存在以下优点或优势：

1.本申请技术方案整体结构设计科学，生产安装使用方便。实施例中所提供的一种PCR快速升降温加热系统主要通过TEC加热模块、散热器、散热风扇、温度传感器及用于PCR扩增的反应容器等结构部件的安装布局，解决了现有PCR加热装置所存在的工作粗糙、精度差，结构较复杂、生产成本高，不适合实用性的微流控自动检测设备使用的问题。

2.本申请技术方案不仅整体结构简单、适用范围广、可集成化安装使用、生产成本低并且温控精度高的快速升降温，并可适用于PCR快速升降温装置设备。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。