熱設備的制作方法

專利名稱：熱設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于加熱反應容器的蓋的設備及其在不同實驗室裝備中的應用， 以及一種用于加熱實驗室裝備的蓋的方法。
背景技術：
生物分子研究和診斷學的發展需要改進的實驗室裝備。如果沒有聚合酶鏈 反應(PCR)，分子生物學和診斷學是不可想象的(Saiki et al. (1985) Science 230 1350-1354)。因此，在一系列連續的依賴于不同溫度的反應步驟(雙鏈核酸的變性，在核酸 的變性鏈上添加引物，引物的受控酶延展以及核酸鏈沿核酸的變性鏈的再合成)中，反應 混合物中出現的核酸分子得到了增強。存在多種類型的實驗室裝備-溫度循環器，用來進行PCR反應。典型的溫度循環 器包括至少一個具有可插入反應容器的凹槽的受控溫度塊。因此，反應容器的底部區域和 它們的壁的一部分位于凹槽內，然而，反應容器仍然突出于凹槽。典型地，溶相反應混合物 沒有充滿反應容器的整個體積，因此，反應容器的上部充滿空氣。此時，如果在PCR反應過 程中將溶相反應混合物加熱到通常為55°C _105°C之間的溫度，在反應容器的上壁和蓋的 區域會產生凝結。這對PCR反應是不利的，核酸的增強分子的產量將減少。現有技術中已 有對此問題的不同的解決方案。因此，首先，為防止凝結，將溶相反應混合物與礦物油或石 賭疊力口(Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T(1989)Molecular cloning :A laboratory manual,2nd edition, CSHL Press, Cold Spring Harbor, New York)。由US 6，337，435 ；US 5，552，580 ；US 5，496，517可獲知關于裝備的這個問題的技 術解決方案。這些文件分別描述了具有用于對反應容器的蓋進行加熱的部件的溫度循環 器。這些用于加熱的部件均包括覆在反應容器的蓋上的受熱金屬板，以這種方式將蓋加熱 到溫度達到105°C，從而防止在此處形成凝結。同時，利用這個受熱金屬板，在反應容器的蓋 上施加壓力，從而將反應容器壓入溫度循環器的溫度塊內。PCR的一個特別實施方式是實時 PCR(US6，171，785)。因此，在系列增強反應的同時，確定分別出現的核酸分子的量。通過在 反應混合物中使用熒光染料利用光學信號進行上述確定。實時溫度循環器(EP 1 256 631) 具有作為附件的光學檢測系統，通常設置在容納反應容器的溫度塊上方。在US5，928，907 中，首次描述了具有用于對反應容器的蓋進行加熱的部件的實時溫度循環器。它單獨地由 具有開口的受熱金屬板組成。在受熱金屬板上方是用于激勵和檢測的光學元件(透鏡、光 纖等)。受熱金屬板上的開口設置為使位于溫度塊內部的反應容器的蓋設置在受熱板的 開口的下方。這樣，通過受熱金屬板的開口和反應容器的透明蓋，可從上方對已經添加了 熒光染料的反應混合物進行激發輻射，由此產生的熒光信號由設置在上方的光學檢測系統 記錄。在US 6，337，435、EPl 539 353和US 2008/0000892中描述了實時溫度循環器的用 于加熱的部件的經改進的實施方式。US6，337，435公開了一種用于加熱的設備，其具有下 列元件平展地覆在位于溫度塊中的反應容器的蓋上的、具有孔的金屬板，直接覆在金屬板 上的受熱玻璃板，一對透鏡以及位于透鏡上方的由框架支承的透明窗。透明窗防止熱向上逸出。由EP 1 539 353可獲知一種板的受熱設置，其具有下列特征具有多個光學開口 的加熱板，其中，受熱板的一部分限定了供透明蓋環繞且支承所述透明蓋的凹槽部分。US 2008/0000892公開了一種用于加熱的設備，其具有由結晶藍寶石制成的受熱透明窗，其中， 透明窗受熱。在藍寶石窗下方，還具有使熱量方便地傳遞到反應容器的蓋的元件。多數已 知加熱設備并不特別與其周圍環境熱隔離。當將這些設備裝配到實驗室裝備中時，不需要 加熱的其他部分也被加熱。這影響了實驗室裝備的壽命，也是一個危險源。因此，需要一種 用于加熱實驗室裝備的蓋的改進的設備，其一方面可快速、均勻地把反應器的蓋加熱到需 要的溫度，另一方面，還可與周圍環境可靠地熱隔離。

發明內容
本發明涉及一種用于加熱反應容器的蓋子的改進的設備。用于加熱反應容器的蓋 子的已知設備不具有專門熱隔離直接和間接受熱的設備元件的部件。令人驚訝的是，在依據本發明的設備中，具有用于設備的其余部件的熱絕緣件，在 將該用于加熱的設備裝配到實驗室裝備中后，這增加了實驗室裝備中靠近該熱絕緣件的其 他元件的壽命。這樣，本發明的主題是(1)用于加熱反應容器的蓋子的設備，包括下述部件(a)直接和/或間接受熱的板，所述板具有被設計為具有至少一個或不具有凹陷 部分的上側，以及下側，其中，所述受熱板具有至少一個在光譜區為半透明的部分，(b)至少一個透明元件，所述透明元件選自箔片、板和矩形體的組，用于覆蓋所述 受熱板(1)在光譜區為半透明的部分(2)，其中，所述至少一個透明元件不覆在所述受熱板 的凹陷部分中；以及(C)熱絕緣件，所述熱絕緣件具有至少一個在光譜區為半透明的并且環繞/覆蓋 (a)和(b)中所定義的部件的區域；(2)根據主張(1)中任一項所述的設備在實驗室裝備中的應用；以及(3)通過使用根據(1)的設備加熱反應容器的蓋子的方法。


Si:依據本發明的設備的俯視圖。可以看到熱絕緣件(5)，其具有96個在光譜區 內為半透明的區域(9)的。在本實施方式中，在光譜區中為半透明的所述96個區域是穿透 熱絕緣件(5)的整個底板(5a)的開孔。還可以看到固定件(12)，例如螺釘，用以將熱絕緣 件(5)固定到受熱板(在俯視圖中不可見)上。在絕緣件上可見另外的四個孔(13)，用以 將依據本發明的設備固定到光學元件(未圖示)上，該光學元件在傳統方法中布置于依據 本發明的設備的上方。還可以看到部分加熱元件，在本實施方式中為電阻薄片。Sl 依據本發明的設備的第一實施方式的自由視圖。圖示設備被剖開，以便顯示 所述設備的全部部件。所述第一實施方式的特點在于受熱板具有充滿熱導體(7)的凹陷部 分(14)。圖示設備設置在微量滴定板(15)的頂部上，如同依據本發明的設備的傳統應用 中所呈現的那樣，例如，當該設備是實時溫度循環器的一部分時。受熱板(1)具有與微量滴 定板(15)直接接觸的下側(lb)。受熱板具有凹陷部分(14)，其中具有在光譜區為半透明的96個區域(2)。在本實施方式中，所述96個區域形成為穿透受熱板(1)的整個厚度的孔 (2)。受熱板(1)具有也稱為條狀物(6)的邊緣。在本實施方式中，加熱元件(10)為具有 孔的電阻箔片，膠合到受熱板(Ia)的上側，尤其膠合到凹槽部分(14)，從而不覆蓋或阻塞 受熱板(1)的開孔(2)。導熱體(7)插入到受熱板的凹陷部分(14)中，由此填充形成于受 熱板(1)的上側與透明元件(4)之間的空腔。導熱體(7)還具有多個光、輻射可透過的開 孔(16)，與受熱板的所述至少一個在光譜區(2)中半透明的區域對齊。本實施方式中，透明 元件(4)是玻璃板，擱置在邊緣，即受熱板(1)的條狀物(6)和導熱體(7)上。在本實施方 式中，透明元件膠合到邊緣上，即受熱板的條狀物(6)上。設備的最上部是圍繞依據本發明 的設備的所有內部部件的熱絕緣件(5)。熱絕緣件(5)形成為包括底板(5a)的實心框架， 四壁自底板(5a)開始向下延伸(5b、c、d、e)。四壁比底板(2_4mm)稍薄(約l_2mm)。四壁 (5-b-e)設計成至少具有向下觸到反應容器的蓋的長度，在本實施方式中，觸到微量滴定板 的蓋。這樣，熱絕緣件(5)圍繞和覆蓋依據本發明的設備所有內部部件的整體組裝，并且， 如果需要，還圍繞和覆蓋位于依據本發明的設備下方的部分或所有反應容器。底板(5a)包 括多個光、輻射可透過的開孔(9)，在本實施方式中它們的個數為96個。熱絕緣件(5)不接 觸透明元件(4)，但在這些部件之間具有氣墊。從而，熱絕緣件(5)不固定在透明元件(4) 上，而是使用螺釘(12)固定到受熱板上。S3 示出依據本發明的設備的第一實施方式(另參見圖2)的全剖視圖。本圖示 的右側被加框，放大詳圖參見圖4。本圖示中未清楚地顯示位于受熱板(1)下方的任何反應 容器。受熱板(1)的實心部分顯示為陰影，開孔(2)不顯示為陰影。玻璃板(4)用剖面線 表示。位于熱絕緣件(5)與玻璃板之間的氣墊(11)用位于玻璃板(4)上方的粗黑線表示。Si:示出圖3的加框區域的詳圖。可以看到，受熱板(1)具有下側(Ib)和上側 (Ia)，包括穿透所述受熱板的整體厚度的開孔(2)，加熱元件(10)用受熱板(Ia)上側上方 的粗黑線表示。在加熱元件的頂部上，導熱體(7)平放于受熱板(1)的凹陷部分(14)中。 可以看到玻璃板⑷被擱置在邊緣，即受熱板的條(6)以及導熱體(7)上。氣墊(11)用玻 璃板(4)上方的粗黑線表示。最上部是具有開孔(9)的絕緣件(5)。穿透整體設備的所有 開孔(2、16、9) 一起形成帶肩孔。圖5 依據本發明的設備的第二實施方式的自由視圖。為顯示所述設備的所有部 件，設備以剖開的方式示出。所述第二實施方式的特點在于受熱板具有未填充的凹陷部分 (14)。這樣，在受熱板(1)的凹陷部分(14)與透明元件(4)之間的空腔中形成氣墊(17)。 如同依據本發明的設備在傳統應用中的那樣，例如，當該設備為實時溫度循環器的一部分 時，圖示中設備設置于微量滴定板(15)的頂部上。受熱板(1)具有與微量滴定板(15)直 接接觸的下側(lb)。受熱板形成為具有凹陷部分(14)，在光譜區為半透明的96個區域(2) 位于該凹陷部分(14)內。在本實施方式中，所述96個區域形成為穿透受熱板(1)的整體 厚度的開孔(2)。受熱板(1)具有也稱為條狀物(6)的邊緣。在本實施方式中，側壁(3)自 邊緣(6)向下延伸，以便封閉和圍繞微量滴定板(15)的框架。邊緣，即條狀物(6)的特點 在于其延伸越過凹陷部分(14)。這樣，形成窄邊緣，用于固定位于受熱板(1)的凹陷部分 (14)與透明元件⑷之間的空腔中的氣墊(17)。加熱元件(10)，在本實施方式中為具有孔 的電阻箔片，膠合到受熱板的上側(Ia)，尤其是膠合到凹陷部分(14)中，從而不覆蓋或阻 塞受熱板(1)的開孔(2)。在本實施方式中，透明元件(4)為玻璃板，擱置于受熱板(1)的邊緣，即條狀物(6)上。設備的最上部為圍繞依據本發明的設備的所有內部部件的熱絕緣 件(5)。熱絕緣件(5)形成為包括底板(5a)的實心框架，四壁自底板(5a)開始向下延伸 (5b、c、d、e)。在本實施方式中，四壁比底板(2-4mm)稍薄(約l_2mm)。四壁(5-b-e)設計 成具有至少向下觸到反應器的蓋的長度，在本實施方式中，觸到微量滴定板的蓋。這樣，熱 絕緣件(5)圍繞和覆蓋依據本發明的設備的所有內部部件的整體組裝，并且，如果需要，還 圍繞和覆蓋位于依據本發明的設備下方的部分或所有反應容器。底板(5a)包括多個光、輻 射可透過的開孔(9)，在本實施方式中它們的個數為96個。熱絕緣件(5)不接觸透明元件 (4)，但在這些部件之間具有氣墊。從而，熱絕緣件(5)不固定在透明元件(4)上，而是使用 螺釘(12)固定到受熱板上。示出依據本發明的第二實施方式(另參見圖5)的全剖視圖，本實施方式具 有填充受熱板(1)的凹陷部分(14)的空腔的氣墊(17)。本圖示的右側被加框，放大詳圖參 見圖7。本圖示中未清楚地顯示位于受熱板(1)下方的任何反應容器。受熱板(1)的實心 部分顯示為陰影，開孔(2)未顯示為陰影。玻璃板(4)用剖面線表示。可以看見位于熱絕 緣件(5)與玻璃板之間的氣墊(11)。Si:示出圖6的加框區域的詳圖。可以看出，受熱板(1)具有下側(Ib)和上側 (Ia)，包括穿透所述受熱板的整體厚度的開孔(2)，加熱元件(10)用受熱板(Ia)上方的粗 黑線表示。氣墊(17)形成于受熱板(1)的凹陷部分(14)與透明元件(4)之間的空腔中。 可以看到玻璃板(4)擱置在受熱板的邊緣，即條狀物(6)上。還可看見位于熱絕緣件(5) 與透明元件⑷之間的氣墊(11)。最上部是具有開孔(9)的絕緣件(5)。穿透整體設備的 所有開孔(2、16、9) 一起形成帶肩孔。依據本發明的設備的第三實施方式的自由視圖。為顯示所述設備的所有部 件，設備以剖開的方式示出。所述第三實施方式的特點在于受熱板具有未填充左部的凹陷 部分(14)和邊緣(6)，壁(3)該邊緣向下延伸。這樣，在受熱板(1)的凹陷部分(14)與 透明元件(4)之間的空腔中形成氣墊(17)。如同依據本發明的設備在傳統應用中的那樣， 例如，當該設備為實時溫度循環器的一部分時，圖示中設備設置于微量滴定板(15)的頂部 上。受熱板(1)具有與微量滴定板(15)直接接觸的下側(lb)。受熱板形成為具有凹陷部 分(14)，在光譜區為半透明的96個區域(2)位于該凹陷部分(14)內。在本實施方式中，所 述96個區域形成為穿透受熱板(1)的整體厚度的開孔(2)。受熱板(1)具有也稱為條狀物 (6)的邊緣。在本實施方式中，側壁(3)自邊緣(6)向下延伸，以便封閉和圍繞微量滴定板 (15)的框架。在本實施方式中，邊緣，即條狀物(6)不延伸越過凹陷部分(14)。加熱元件 (10)，在本實施方式中為具有孔的電阻箔片，膠合到受熱板的上側(Ia)，尤其是膠合到凹陷 部分(14)中，從而不覆蓋或阻塞受熱板(1)的開孔(2)。在本實施方式中，透明元件(4)為 玻璃板，擱置于受熱板(1)的邊緣，即條狀物(6)上。在本實施方式中，透明元件膠合到受 熱板(1)的邊緣，各自的條狀物(6)上。設備的最上部為圍繞依據本發明的設備的所有內 部部件的熱絕緣件(5)。熱絕緣件(5)形成為包括底板(5a)的實心框架，四壁自底板(5a) 開始向下延伸(5b、c、d、e)。在本實施方式中，四壁比底板(2-4mm)稍薄(約l_2mm)。四壁 (5-b-e)設計成具有至少向下觸到反應器的蓋的長度，在本實施方式中，觸到微量滴定板的 蓋。這樣，熱絕緣件(5)圍繞和覆蓋依據本發明的設備所有內部部件的整體組裝，并且，如 果需要，還圍繞和覆蓋位于依據本發明的設備下方的部分或所有反應容器。底板(5a)包括多個光、輻射可透過的開孔(9)，在本實施方式中它們的個數為96個。熱絕緣件(5)不接 觸透明元件(4)，但在這些部件之間具有氣墊。從而，熱絕緣件(5)不固定在透明元件(4) 上，而是使用螺釘(12)固定到受熱板上。依據本發明的第三實施方式(另參見圖8)的全剖視圖，本實施方式具有用 于填充受熱板(1)的凹陷部分(14)的空腔的氣墊(17)。本圖示的右側被加框，放大詳圖參 見圖10。本圖示中未清楚地顯示位于受熱板(1)下方的任何反應容器。受熱板(1)的實心 部分顯示為陰影，開孔(2)不顯示為陰影。玻璃板(4)用剖面線表示。可以看見位于熱絕 緣件(5)與玻璃板之間的氣墊(11)。示出圖9的加框區域的詳圖。可以看出，受熱板(1)具有下側(Ib)和上側 (Ia)，包括穿透所述受熱板的整體厚度的開孔(2)，加熱元件(10)用受熱板(Ia)上方的粗 黑線表示。氣墊(17)形成于受熱板⑴的凹陷部分(14)與透明元件⑷之間的空腔中。 可以看到玻璃板(4)擱置在受熱板的邊緣，即條狀物(6)上。可以看見位于熱絕緣件(5) 與透明元件⑷之間的氣墊(11)。最上部是具有開孔(9)的絕緣件(5)。穿透整體設備的 所有開孔(2、16、9) 一起形成帶肩孔。ail:依據本發明的設備的第四實施方式的自由視圖。為顯示所述設備的所有部 件，設備以剖開的方式示出。所述第四實施方式的特點在于受熱板不具有凹陷部分。壁(3) 自所述受熱板的邊緣(6)向下延伸，且環繞微量滴定板的框架。如同依據本發明的設備在 傳統應用中的那樣，例如，當該設備為實時溫度循環器的一部分時，圖示中設備設置于微量 滴定板(15)的頂部上。受熱板(1)具有與微量滴定板(15)直接接觸的下側(lb)。受熱板 形成為具有在光譜區為半透明的96個區域(2)的實心板。在本實施方式中，所述96個區 域形成為穿透受熱板(1)的整體厚度的開孔(2)。受熱板(1)具有不具有光學開孔的也稱 為條狀物(6)的邊緣。在本實施方式中，側壁(3)自邊緣(6)向下延伸，以便封閉和圍繞微 量滴定板(15)的框架。加熱元件(10)，在本實施方式中為具有孔的電阻箔片，膠合到受熱 板的上側(Ia)，從而不覆蓋或阻塞受熱板(1)的開孔(2)。在本實施方式中，透明元件(4) 為玻璃板，擱置于除受熱板的邊緣(6)的小部分的外的整個受熱板(1)上。在本實施方式 中，透明元件膠合到受熱板(1)上。設備的最上部為圍繞依據本發明的設備的所有內部部 件的熱絕緣件(5)。熱絕緣件(5)形成為包括底板(5a)的實心框架，四壁自底板(5a)開始 向下延伸(5b、c、d、e)。四壁比底板(2-4mm)稍薄(約薄l_2mm)。四壁(5-b-e)設計成具 有至少向下觸到反應器的蓋的長度，在本實施方式中，觸到微量滴定板的蓋。這樣，熱絕緣 件(5)圍繞和覆蓋依據本發明的設備的所有內部部件的整體組裝，并且，如果需要，還圍繞 和覆蓋位于依據本發明的設備下方的部分或所有反應容器。底板(5a)包括多個光、輻射可 透過的開孔(9)，在本實施方式中它們的個數為96個。熱絕緣件(5)不接觸透明元件(4)， 但在這些部件之間具有氣墊。從而，熱絕緣件(5)不固定在透明元件(4)上，而是使用螺釘 (12)固定到受熱板上。圖12 依據本發明的第四實施方式(另參見圖11)的全剖視圖，其中，在本實施方 式中，受熱板(1)是不具有凹陷部分(14)的實心板。本圖示的右側被加框，放大詳圖參見 圖13。本圖示中未清楚地顯示位于受熱板(1)下方的任何反應容器。受熱板(1)的實心部 分顯示為陰影，開孔(2)不顯示為陰影。玻璃板(4)用剖面線表示。在本實施方式中，玻璃 板通過彈性插片(8)固定。可以看見位于熱絕緣件(5)與玻璃板之間的氣墊(11)。示出圖12的加框區域的詳圖。可以看出，受熱板(1)具有下側(Ib)和上 側(Ia)，包括穿透所述受熱板的整體厚度的開孔(2)，加熱元件(10)用受熱板上側的頂部 上(Ia)的粗黑線表示。可以看到玻璃板(4)擱置在受熱板上。在本實施方式中，玻璃板通 過彈性插片(8)固定。可以看見位于熱絕緣件(5)與透明元件(4)之間的氣墊(11)。最上 部是具有開孔(9)的絕緣件(5)。穿透整體設備的所有開孔(2、16、9) 一起形成帶肩孔。mi:依據本發明的設備的第五實施方式的自由視圖。為顯示所述設備的所有部 件，設備以剖開的方式示出。所述第五實施方式的特點在于受熱板不具有自所述受熱板的 邊緣(6)的凹陷部分。如同依據本發明的設備在傳統應用中的那樣，例如，當該設備為實時 溫度循環器的一部分時，圖示中設備設置于微量滴定板(15)上方。受熱板(1)具有與微量 滴定板(15)直接接觸的下側(lb)。受熱板形成為具有在光譜區為半透明的96個區域(2) 的實心板。在本實施方式中，所述96個區域形成為穿透受熱板(1)的整體厚度的開孔(2)。 受熱板(1)具有不具有光學開孔的也稱為條狀物(6)的邊緣。加熱元件(10)，在本實施方 式中為具有孔的電阻箔片，膠合到受熱板的上側(Ia)，從而不覆蓋或阻塞受熱板(1)的開 孔(2)。在本實施方式中，透明元件(4)為玻璃板，擱置于除受熱板的邊緣(6)的一小部分 的外的整個受熱板(1)上。在本實施方式中，透明元件膠合到受熱板(1)上。設備的最上 部為圍繞依據本發明的設備的所有內部部件的熱絕緣件(5)。熱絕緣件(5)形成為包括底 板(5a)的實心框架，四壁自底板(5a)開始向下延伸(5b、c、d、e)。四壁比底板(2_4mm)稍 薄(約薄l_2mm)。四壁(5-b-e)設計成具有至少向下觸到反應容器的蓋的長度，在本實施 方式中，觸到微量滴定板的蓋。這樣，熱絕緣件(5)圍繞和覆蓋依據本發明的設備的所有內 部部件的整體組裝，并且，如果需要，還圍繞和覆蓋位于依據本發明的設備下方的部分或所 有反應容器。底板(5a)包括多個光、輻射可透過的開孔(9)，在本實施方式中它們的個數 為96個。熱絕緣件(5)不接觸透明元件(4)，但在這些部件之間具有氣墊。從而，熱絕緣件 (5)不固定在透明元件(4)上，而使用螺釘(12)固定到受熱板上。這樣，熱絕緣件(5)不接 觸透明元件(4)并在二者之間形成氣墊。圖15 示出依據本發明的第五實施方式(另參見圖14)的全剖視圖，其中，在本實 施方式中，受熱板(1)是不具有凹陷部分(14)的實心板。本圖示的右側被加框，放大詳圖 參見圖16。本圖示中未清楚地顯示位于受熱板(1)下方的任何反應容器。受熱板(1)的實 心部分顯示為陰影，開孔(2)不顯示為陰影。玻璃板(4)用剖面線表示。在本實施方式中， 玻璃板通過彈性插片(8)固定。可以看見位于熱絕緣件(5)與玻璃板之間的氣墊(11)。Si^ 示出圖15的加框區域的詳圖。可以看出，受熱板(1)具有下側(Ib)和上 側(Ia)，包括穿透所述受熱板的整體厚度的開孔(2)，加熱元件(10)用受熱板上側(Ia)頂 部的粗黑線表示。可以看到玻璃板(4)擱置在受熱板上。可以看見位于熱絕緣件(5)與透 明元件(4)之間的氣墊(11)。最上部是具有開孔(9)的絕緣件(5)。穿透整體設備的所有 開孔(2、16、9) 一起形成帶肩孔。所使用的定義下面，首先對一些使用過的術語進行定義及解釋。“反應容器”是指實驗室中使用的并在其中進行生物化學或化學反應的任何容器， 與其材料無關。反應容器可包括單個容器或多個容器的組合物。反應器可設計為具有或不 具有蓋子。如果設計成不具有直接連接的蓋子，容器可用另一種方法覆蓋。可替代的封閉方式是不連接的、可疊加的蓋子、箔片、薄膜、墊子等。特別地，本發明意義上的反應器是PCR 板和單個PCR容器。術語“直接”和“間接”的使用與依據本發明的設備的受熱板有關。“直接”是指 在上下文中，加熱元件直接位于受熱板自身處、位于受熱板上、位于受熱板下或在受熱板內 部。“間接”是指在上下文中，加熱元件不直接位于受熱板自身處、位于受熱板上、位于受熱 板下或在受熱板內部。術語“上側”和“下側”的使用與依據本發明的設備的受熱板有關。這兩個術語與 設備相對于待被該設備加熱的反應容器的蓋子的指向有關。“下側”是指朝向蓋子，并且特 別地，還可疊加于蓋子。“上側”是不指向反應器的蓋子，而是指向設備的內部。也就是說， “上側”指向用于限定設備的向上的邊界的熱絕緣件。術語“凹陷部分”的使用與受熱板有關。這涉及板內的凹槽，所述凹槽可用不同的 方法實現，例如，利用材料侵蝕或通過增厚側部分實現。術語“在光譜區半透明”描述了 150nm至1200nm的波長區段。術語“透明”描述電磁波在電磁波譜的整個和/或選定區段中為半透明的特性。由 此，這個術語包括“透明”和“半透明”兩種性質。術語“覆蓋”或“去覆蓋”的使用與依據本發明的設備的透明元件有關。這兩個術 語不僅包括直接覆蓋，即透明元件直接覆在所述在光譜區中為半透明的區域上；而且包括 間接覆蓋，即透明元件不直接覆在所述在光譜區中為半透明的區域，從而還存在空氣隙，也 可由其它成分填充。術語“可拆卸地被固定”和“可拆卸地固定”描述一種固定，其確實穩固，但也可在 不破壞相關固定件的情況下打開。這樣，打開的“可拆卸固定”可再次被鎖定。術語“永久被固定”和“永久固定”描述了一種不能被非破壞性地打開的固定。術語“耐熱的”描述經受得住從90°C到110°C，優選為從95°C到105°C，特別優選 地從96°C到100°C而不發生變化的特性，即在這些溫度下固有地穩定的特性。術語“熱絕緣件”在本發明的上下文中描述了一種吸熱并以不會導致過熱或燃燒 后果的方式散布所述熱量的物品。術語“導熱體”描述了一種具有高的導熱性或低的熱阻的物品。術語“塑料”和“聚合物”含義相同。
具體實施例方式依據本發明的用于加熱反應容器的蓋子的設備是實驗室裝備的一部分。依據本發 明的設備，例如可以是熒光計的一部分，熒光計用來分析依賴于熱量的生物化學反應。特別 地，這種設備用于溫度循環器、實時溫度循環器、微量滴定板讀數計、光度計、光譜儀、微陣 列讀數計或任何一種所述設備與另一種所述設備的組合。依據本發明的設備包括耐熱部 件。特別地，耐熱部件優選沒有經過脫氣的耐熱部件。對于由塑料制成和/或用塑料涂層 的部件，這個問題尤其需要考慮。依據本發明的設備包括具有至少一個在光譜區為半透明的區域的直接和/或間 接受熱板。優選地，受熱板具有在光譜區為半透明的多個區域，特別地為96，384或1236個 半透明區域。所述板可例如通過諸如加熱箔片、加熱夾頭或導電涂層的電阻元件直接加熱。導電涂層必須選自具有高導熱常數λ (即λ大于等于200)的一組物質。特別地，由碳納 米管、鉆石、銀、銅、金和/或鋁或兩種或更多種這些物質的混合物組成的涂層是適用的。同 樣適用的涂層是包括除一種或更多種另外的物質外的一種或更多種前述物質的涂層；特別 地，前述金屬的氧化物和合金是適用的。在板的不同區域應用不同涂層，可制成板的不同受 熱區域。在本發明的意義下的不同涂層是不同成分組成的涂層，然而還包括同種成分組成 的涂層，以不同的厚度應用在板的不同區域。以不同厚度涂覆受熱板的至少兩個區域，或使 用至少兩種不同的涂層，這種方式具有可能可以更精確地控制板的溫度的優點。因此，更強 或更弱地加熱單個區域成為可能。還可利用一種或幾種珀耳帖元件加熱該板。特別地，還 可使用具有鉆孔的珀耳帖元件。還可應用大量特別小的珀耳帖元件，即所謂的微型珀耳帖 元件，它們的特征在于其尺寸在毫米范圍內。因此，微型珀耳帖元件最長部分在0. 5到3mm 之間，優選在0. 8到2mm之間，特別優選地在1到1. 5mm之間。在它們的最高即最厚部分， 微型珀耳帖元件的高度即厚度在0. 05mm到1. 5mm之間，優選在0. Imm到Imm之間，特別優 選地在0. 45到0. 90mm之間。由此以不覆蓋受熱板的所述在光譜區為半透明的區域的方式 設置一個或多個珀耳帖元件。使用一個或多個珀耳帖元件具有如下優點未設置其他元件 的板還可通過一個或多個珀耳帖元件冷卻。這是對工作安全性的相當大的改善，因為這種 情況下，可以在打開包括加熱設備的實驗室裝備之前，以受控的方式冷卻蓋子。此外，還可用局部電磁交變場加熱該板。這具有可以非常精確地設定觸發溫度并 且可以非常精確地關閉的優點。在選擇板的材料時，必須考慮該材料可以是勵磁的。而且，受熱板可以是電容性加熱的。例如，受熱板可以設計成包括兩個區域，起平 行板電容器的作用，其中，電介體位于所述兩個區域之間。電介體可從空氣、聚乙烯、聚四氟 乙烯(PTFE)、陶瓷(如滑石、氧化鋁)和云母中選擇。電容性受熱板具有加熱非常均勻的優 點。而且，該板可以通過液體加熱。則板設計成具有可使液體在其內循環的管道。對液體 自身進行調溫以實現對板調溫。例如，該板可以通過紅外輻射間接加熱。因此，紅外輻射可直接指向板，還可通過 鏡子指向板。或者，該板可用熱空氣間接加熱。受熱板通過對流和/或熱傳導將熱量傳遞到反應容器的蓋子。因此，受熱板與反 應容器的蓋子直接接觸，或在受熱板與蓋子之間設置間接媒介。所述媒介不是指可設置于 反應器上的密封箔片。所述媒介最好是第二透明板或充滿氣體、液體和/或粘彈性流體(尤 其是凝膠)的透明容器。而且，所述氣體、液體或粘彈性流體是透明的。優選地，粘彈性流 體是凝膠。所述容器優選為由耐熱材料(優選為聚合物或硅合成橡膠)制成的包。為了保 證包的特別穩定及其耐熱性，耐熱材料可以具有分層的堆疊結構。在特殊實施方式中，包在 下述區域中具有成形傳遞元件，即，該區域不位于反應容器的蓋子與受熱板的在光譜區中 為透明的至少一處區域之間的光學路徑上。成形傳遞元件的例子是用于加固的，如，肋。受 熱板具有下側和設計成具有或不具有凹陷部分的上側。受熱設備的上側指向受熱設備的內 部，并且不與設備外部的結構直接接觸。其下側指向反應容器的蓋子的方向，并且與反應容 器的蓋子直接或間接接觸。例如，它覆在反應容器的蓋子上或者在受熱板下方設置附加的 中介元件，例如，透明板或彈性透明墊或箔片。對于受熱板的上側，可能存在兩種替代實施方式。在第一實施方式中，受熱板設計 成不具有凹陷部分。這樣，受熱板的上側形成水平面。由于這種板容易制造并且容易與設備的其余部件組裝，這是一種特別優選的產品。在可替換實施方式中，受熱板在其上側上具有至少一個凹陷部分。特別優選地， 受熱板中的凹陷部分設計成使得上側的幾乎整個中心區域都被切除，從而只留下寬度為 0. 3cm到1. 5cm,優選為0. 5cm到1. 3cm,特別優選為0. 8cm到lcm的邊緣或條狀物(這兩 個術語用作同義詞)。受熱板的中心切除區域的形狀取決于待加熱的實驗容器的布置。優 選地，凹陷部分具有微量滴定板的矩形形狀，即具有商用微量滴定板的底部區域的尺寸。特 別地，切除部分的長度為10cm到15cm之間，優選為11cm到14cm之間，特別優選為12cm到 13cm之間。切除部分的寬度為6cm到11cm，優選為7cm到10cm，特別優選為8cm到9cm。切 除部分的深度為1mm到10mm，優選為2mm到8mm，特別優選為3mm到5mm。由于所述至少一 個凹陷部分，板的上側的延伸的區域被定位為比板的邊緣或環繞條更深。板在所述至少一 個凹陷部分中的厚度比受熱板的其余區域薄。由于板的大致指向試驗容器的蓋子的區域能 更快地受熱，即，觸發端溫度可以更快設置，這是有利的。另一個優點是節省材料，從而節省 受熱板的制造成本。上側具有凹陷部分的受熱板與加熱設備的其余部件，特別是透明元件的相互作用 可以產生其他優勢。透明元件可拆卸地或永久地固定在具有凹陷部分的受熱板的邊緣或條 狀物上。這樣，在透明元件與受熱板之間形成充滿空氣的空腔。空腔中的空氣也受熱，從而 形成有熱空氣墊，其有助于受熱板和反應容器的蓋子以及透明元件的均勻調溫的。由于出 現溫度差時在反應容器的蓋子或者透明元件中會形成凝結，因而不希望出現溫度差。在可替代實施方式中，在其上側具有凹陷部分的受熱板與透明元件之間的空腔中 填充導熱體。導熱體用來將熱量從受熱板傳導到透明元件。優選地，導熱體由如受熱板的 其他材料構成。這具有如下優點，即對于導熱體，可選擇非常輕的材料，從而設備的重量減 少了。例如，該板可由鋁制成，導熱體由泡沫鋁或泡沫鋁合金制成。如圖1、2和3可以看 出，導熱體還具有多個光、輻射可透過的開孔，其與受熱板的在光譜區(2)中為半透明的至 少一個區域對齊。依據本發明的設備的受熱板具有至少一個在光譜區為半透明的區域。這個區域可 選擇為可使200nm到1 lOOnm，優選為300nm到900nm，特別優選為350nm到800nm之間的電 磁輻射透過。透明區域可選自下列開孔，穿透板的整個厚度的圓柱形開孔；穿透板的整個厚 度的、指向板的上側的錐形的開孔；穿透板的整個厚度的圓柱形開孔，在所述圓柱形開孔中 插入透明體；穿透板的整個厚度的、指向板的上側的錐形開孔，其中在所述錐形孔中插入透 明體。所述透明體為透鏡，例如液體透鏡、智能透鏡或菲涅爾透鏡。或者，所述透明體不是 透鏡而是與所述開孔的形狀，例如圓柱形或有坡度的圓柱形相配合，且不用作光學成像目 的的透明體。特別地，填充有透明體的開孔具有如下優點，即通過選擇透明體，可影響激發 信號和輸出信號的強度和質量。在所有四側處，受熱板具有向下延伸的壁。壁的長度由待加熱的反應容器的蓋子 的高度確定。優選地，壁的高度為0. 5cm到3cm之間，優選為lcm到2. 5cm之間，特別優選 為lcm到1.5cm之間。如果受熱板的上側設計成具有凹陷部分，所述向下延伸的壁從所述 邊緣或條狀物的外緣露出。此外，依據本發明的設備包括至少一個選自由箔片、板和矩形體形成的組的透明 元件。所述至少一個透明元件用于覆蓋所述在光譜區中半透明的至少一個區域。這樣，透明元件是阻止熱量和熱蒸汽向上釋放的第一阻擋層。在依據本發明的設備的傳統應用中， 光學元件位于依據本發明的設備上方。它們非常敏感且易因故障受損害。特別地，已經認 識到，基于待加熱的反應容器的蓋子的狀態，可形成蒸汽，這些蒸汽在高度敏感的透鏡光學 系統上凝結或沉積。因而，依據本發明的設備的一個優點是利用透明元件的屏蔽功能防止 形成這種沉積。因此，透明元件覆在受熱板的上側，然而，它不位于受熱板的上側的凹陷部 分中。透明元件可拆卸地或永久地固定在受熱板上。在其上側具有凹陷部分的受熱板中， 透明元件可拆卸地或永久地固定在邊緣或條狀物上。對于可拆卸固定，固定件選自夾具、夾 鉗、彈性棉結、鉤狀或環狀固定件、磁力鎖、可拆卸搭扣和靜電連接的組。優選地，透明元件 被夾緊，通過彈性棉結固定或通過搭扣可拆卸地固定。為了能夠夾住透明元件，在板的上側 的邊緣上插入至少兩個樞軸，用作固定支承件。也可以是固定支承件和彈性棉結的組合。因 此，優選地，組合為具有2到8個彈性棉結的樞軸，優選為一個樞軸和3到6個彈性棉結的 組合，特別優選為一個樞軸和四個彈性棉結的組合。這種類型的可拆卸裝配具有如下優點， 即透明元件是浮動元件，從而平衡由熱產生的延展和移動。在永久固定方式中，固定類型選自焊接、膠合、鉚接、釬焊(特別是使用銦的釬焊) 以及非可拆卸性搭扣。可拆卸固定方式具有如下優點，即為了清潔和維修目的，透明元件可 從依據本發明的設備中拆除，并且，如果必要，可以更換。所述至少一個透明元件選自由耐熱材料形成的透明箔片、板和矩形體。如果透明 元件是箔片，則所述箔片由選自聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、全氟烷氧基 樹脂(PFA)、聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)、聚亞苯基砜(PPSU)、聚醚酰亞胺(PEI)、環烯烴聚合 物(COP)、聚四氟乙烯(PTEE)和環烯烴共聚物(C0C)和硅合成橡膠的熱塑性塑料構成。特 別優選為由PTFE制成的箔片。PTFE，也以特氟龍(Teflon)的名字銷售，是具有特定熱固性 的熱塑性塑料。特氟龍的特性在于其低折射系數(約為1.38)和對遠區紅外輻射透明。由 特氟龍制成的箔片具有如下優點，即由于極低的表面張力，沒有任何東西粘附，因而其極度 抗灰塵。由箔片制成的透明元件的特性在于其柔韌性。這具有使受熱板與箔片之間的剪 應力得到很好的平衡的優點。箔片的特征在于其厚度為25 y m到250 u m，優選為50 y m到 150 u m,特別優選為 65 um 到100 u m。如果透明元件是板，則其材料選自透明玻璃、透明塑料、透明人造藍寶石和透明礦 物質的組。為了賦予更多特性，在特殊實施方式中，為了防止形成反射，板的表面的涂層獨 立于形成板所使用的上述材料。其他可通過涂層調整的特性是非熒光性、抗刮擦性和對灰 塵的抵抗性。為了實現極度抗刮擦性，表面可例如涂覆金剛石。在板的實施方式中，其由透 明的耐熱塑料構成。優選地，所述塑料選自聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、 全氟烷氧基樹脂(PFA)、聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)、聚亞苯基砜(PPSU)、聚醚酰亞胺(PEI)、 環烯烴聚合物(COP)、聚四氟乙烯(PTEE)和環烯烴共聚物(C0C)的組。此外，板可由人造 藍寶石構成。這具有使這樣的板具有抗刮擦和非常高的電導率的優點。高的抗掛擦性便于 這種板的清潔。該板還可由諸如石英、云母或人造云母的透明礦物質構成。特別地，優選云 母和人造云母，因為這類礦物質具有極高的熔點，從而極其耐熱。所述礦物質的薄片是透明 的。板的特征在于其厚度為250 iim到15mm，優選為500 iim到10mm，特別優選為1mm到5mm。 如果透明元件是矩形體，則其材料選自透明玻璃、透明塑料、透明人造藍寶石和透明礦物質 的組。為了賦予額外的特性，在特殊實施方式中，所述矩形體的表面獨立于形成所述矩形體所使用的上述材料，并對其進行涂層以防止形成反射(抗反射涂層)。其他可以通過涂層設 定的特性是非熒光性、抗刮擦性和抗灰塵性。為了實現極度抗刮擦性，矩形體的所有或所選 表面可以例如涂覆金剛石。在矩形體的特殊實施方式中，矩形體由透明的耐熱塑料制成。優 選地，所述塑料選自聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、全氟烷氧基樹脂(PFA)、 聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)、聚亞苯基砜(PPSU)、聚醚酰亞胺(PEI)、環烯烴聚合物(COP)、聚 四氟乙烯(PTEE)和環烯烴共聚物(C0C)的組。矩形體還可由人造藍寶石構成。這具有使 這種矩形體具有抗刮擦及非常高的電導率的優點。高的抗掛擦性便于這種矩形體的清潔。 矩形體還可由諸如石英的透明礦物質構成。矩形體的特征在于其厚度為15mm到300mm，優 選為50mm到200mm，特別優選為100mm到150mm。任意透明元件可額外具有導熱涂層。尤其合適的涂層由碳納米管、金剛石、銀、銅、 金和/或鋁或這些物質中的兩種或更多種的混合物構成。同樣合適的涂層為包括除一種或 更多種其他物質外的一種或更多種前述物質；尤其合適的是前述金屬的氧化物及其合金。依據本發明的設備包括作為其他部件的熱絕緣件。所述絕緣件用于避免過度加熱 和燃燒。由于熱絕緣件圍繞設備的受熱部分、受熱板和周圍的受熱部件、透明元件，這實質 上顯著增加了依據本發明的設備的安全性。在熱絕緣件的設計中，需要考慮所述熱絕緣件 還具有至少一個至少在光譜區為半透明的區域，所述熱絕緣件以使其被放置在所述受熱板 的所述至少一個在光譜區為半透明的部分上面的方式定位。這是為了保證通過受熱設備實 現傳統應用中設置在依據本發明的設備的上方的光學部件和在傳統應用中設置在依據本 發明的設備的下方的反應容器或其內容物之間的光通信。熱絕緣件可以例如設計成包括具 有鉆孔的板的框架，其中，側壁自該板的邊緣向下延伸。所述側壁的尺寸設置成使它們在該 側處包圍整個設備。這具有使使用者或技術人員不直接接觸受熱的或強受熱的設備部件， 從而減少了燃燒風險。
權利要求
一種用于加熱反應容器的蓋子的設備，包括下述部件(a)直接和/或間接受熱板(1)，具有上側(1a)和下側(1b)，所述上側(1a)至少設計為具有一個或不具有凹陷部分，其中，所述受熱板具有至少一個在光譜區中為半透明的部分(2)，(b)至少一個透明元件(4)，選自箔片、板和矩形體的組，用于覆蓋所述受熱板的所述至少一個在光譜區中為半透明的部分(2)，其中，所述至少一個透明元件不設置在所述受熱板的所述凹陷部分中；以及(c)熱絕緣件(5)，其中所述熱絕緣件具有至少一個在光譜區中為半透明并且圍繞/覆蓋(a)和(b)中所限定的部件的區域。
2.如權利要求1所述的設備，其中，所述受熱板具有在所有四側向下延伸的壁(3)(3a、b)。
3.如權利要求1和2中的一項所述的設備，其中，所述受熱板具有凹陷部分，且在所有 四側向下延伸的壁(3a、b、c、d)自圍繞整個板的條狀物(6)伸出。
4.如權利要求3所述的設備，其中，所述透明元件(4)可拆卸地或永久地固定在所述條 狀物(6)上。
5.如權利要求3和/或4中的一項所述的設備，其中，至少一個導熱體(7)處于所述受 熱板(1)的凹陷部分中，且不阻塞所述至少一個在光譜區中為半透明的部分(2)。
6.如權利要求5所述的設備，其中，所述透明元件(4)可拆卸地或永久地固定在所述導 熱體(7)上。
7.如權利要求1和2中的一項所述的設備，其中，所述受熱板(1)不具有凹陷部分，且 在所有四側向下延伸的壁(3、3a、3b)自圍繞整個板的條狀物(6)伸出。
8.如權利要求7所述的設備，其中，所述透明元件(4)可拆卸地或永久地固定在所述受 熱板⑴上。
9.如權利要求4、6和/或8中的一項所述的設備，其中，所述透明元件通過至少一個彈 性插入物(8)，優選通過兩個到十個彈性插入物，特別優選地通過兩個到六個彈性插入物可 拆卸地固定。
10.如權利要求1到9中的任一項所述的設備，其中，所述透明元件是選自諸如聚碳酸 酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、全氟烷氧基樹脂(PFA)、聚砜(PSU)、聚醚砜(PES)、 聚苯砜(PPSU)、聚醚酰亞胺(PEI)、環烯烴聚合物(COP)、聚四氟乙烯(PTEE)和環烯烴共聚 物(COC)的熱塑性塑料的組的箔片，或是硅彈性體。
11.如權利要求1到9中任一項所述的設備，其中，所述透明元件是選自玻璃、塑料、人 造藍寶石和礦物質的材料組的板。
12.如權利要求1到9中任一項所述的設備，其中，所述透明元件是選自玻璃、塑料、人 造藍寶石的材料組的立方體。
13.如權利要求1到12中任一項所述的設備，其中，所述熱絕緣件設計為圍繞依據本發 明的設備的所有其他元件的框架。
14.如權利要求13所述的設備，其中，所述框架具有底板和圍繞整個板的邊緣，所述底 板具有多個光、輻射可透過的開口(9)。
15.如權利要求14所述的設備，其中，所述熱絕緣件為選自塑料、陶瓷、軟木和木材的組的絕熱材料。
16.如權利要求1到15中的一項所述的設備在實驗室設備中的應用。
全文摘要
用于加熱反應器的蓋子的設備，包括下述部件(a)直接和/或間接受熱板(1)，所述板(1)具有上側(1a)和下側(1b)，所述上側(1a)至少設計為具有一個或不具有凹陷部分，其中，所述受熱板具有至少一個在光譜區中為半透明的部分(2)；(b)至少一個透明元件(4)，所述透明元件(4)選自箔片、板和矩形體的組，用于覆蓋所述至少一個在光譜區中為半透明的部分(2)，其中，所述至少一個透明元件不設置在所述受熱板的凹陷部分中；以及(c)熱絕緣件(5)，所述熱絕緣件具有至少一個在光譜區中為半透明并且圍繞/覆蓋(a)和(b)中所限定的部件的區域。
文檔編號G01N21/01GK101945706SQ200980105368
公開日2011年1月12日 申請日期2009年2月13日 優先權日2008年2月15日
發明者乎迪格·胡恩, 亨納·塔什, 弗洛里安·迪埃爾, 阿恩·施爾, 阿恩·沙夫赫斯基, 馬丁·史德漢茲格, 馬庫斯·拉普茲納 申請人:艾本德股份有限公司