專(zhuān)利名稱(chēng)：用于具有不同熱容的少量流體樣品的溫度控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于維持流體樣品溫度的溫度控制裝置。更具體而言，本發(fā)明涉及適用于具有不同熱容的樣品的裝置。
背景技術(shù)：
一些分析程序要求對(duì)多個(gè)流體樣品進(jìn)行分析，其中這些樣品的熱特性明顯不同，例如不同的熱容。一個(gè)具體的例子是通過(guò)麗MS(微孔膜入口質(zhì)譜)分析的MIGET(復(fù)合惰性氣體清除技術(shù))，其中在兩個(gè)血液樣品和一個(gè)氣體樣品中測(cè)量惰性氣體分壓(Baumgardner JE, Choi I-CVonk-Noordegraaf A, Frasch HF. Neufeld GR, MarshallBE. Sequnetial VA/Q distributions in the normal rabbit by micropore membraneinlet mass spectrometry. J Appl Physiol 2000 ;89 :1699-1708)。開(kāi)始分析的時(shí)候,血液和氣體樣品處于常溫下(通常為22°C )，必須對(duì)樣品進(jìn)行加熱，并在體溫下(通常為37°C )進(jìn)行分析?？墒沁@些血液和氣體樣品的熱容差別很大。為了測(cè)定樣品中的惰性氣體分壓，這些流體樣品流經(jīng)各自的傳感器。除了樣品的不同熱容之外，氣體樣品和血液樣品的最佳流量也不相同。雖然這兩種不同的熱特性(熱容和樣品流量)，但是兩種樣品都必須在相同、精確的溫度下進(jìn)行分析。多個(gè)流體樣品之間可能存在差異的熱特性包括熱容(如在麗MS的MIGET中)、樣品流量(如在MfflMS的MIGET中)、樣品體積(例如多個(gè)動(dòng)脈血液氣體樣品，其中每個(gè)樣品的體積不同)、以及初始樣品溫度(例如來(lái)源不同的樣品均需要在同一溫度下分析)。此外，用于分析樣品的多個(gè)傳感器的熱特性也可以不同，但是在一些例子中，理想的是在相同溫度下利用各傳感器進(jìn)行分析。在分析應(yīng)用中，除了需要控制多個(gè)樣品的溫度之外，有時(shí)也需要進(jìn)行兩個(gè)或多個(gè)流體相化學(xué)反應(yīng)，并且將這些平行反應(yīng)維持在相同的溫度下。反應(yīng)之間可能的熱特性差異包括不同的反應(yīng)物進(jìn)料溫度、不同的反應(yīng)物進(jìn)料流量、不同的反應(yīng)物體積、以及反應(yīng)的不同比熱。盡管這些反應(yīng)的熱要求不同，理想的是在完全相同的溫度下進(jìn)行這些平行反應(yīng)。當(dāng)在同一溫度下對(duì)多個(gè)流體樣品進(jìn)行分析時(shí)，通常需要在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中對(duì)溫度進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。例如，在通過(guò)MfflMS的MIGET中，分析惰性氣體分壓需要幾分鐘，在這段時(shí)間內(nèi)在0. 1°C范圍內(nèi)精確控制分析溫度可以提高惰性氣體的測(cè)量準(zhǔn)確度。與此類(lèi)似，在多個(gè)平行流體相反應(yīng)中，在反應(yīng)全過(guò)程中對(duì)反應(yīng)溫度進(jìn)行精確控制可能是理想的。例如，在聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)中，在擴(kuò)鏈反應(yīng)過(guò)程中將反應(yīng)溫度精確控制在72°C約20秒，可以提高DNA樣品倍增的總效率(Chiou J,Matsudaira P, Sonin A, EhrlichD. A Closed-cycle capillarypolymerase chain reaction machine. Analytical Chemistry 2001 ;73 :2018-2021)。
除了在一定時(shí)間內(nèi)將多個(gè)樣品保持在同一恒定溫度的要求之外，有時(shí)也需要快速改變不同樣品組之間的分析溫度。例如，在通過(guò)MMMS的MIGET和動(dòng)脈血液氣體(ABG)分析中，從體溫不同的患者或?qū)ο蟪槿〔煌臉悠?。?dāng)對(duì)這些樣品組進(jìn)行順序處理時(shí)，非常理想的是能夠把分析器的控制溫度從一個(gè)體溫調(diào)節(jié)至另一個(gè)體溫。與此類(lèi)似，為了進(jìn)行多個(gè)平行反應(yīng)，有時(shí)需要將反應(yīng)溫度從一個(gè)受控溫度快速改變至另一個(gè)溫度。例如，在進(jìn)行PCR反應(yīng)時(shí)，需要在變性、退火和擴(kuò)鏈反應(yīng)之間進(jìn)行快速改變溫度(Nagai H, Murakami Y，Yokoyama K, Tamiya E. High throughput PCR in silicon based microchamber array.Biosensors and Bioelectronics2001 ;16 :1015-1019)。因此，在分析應(yīng)用中以及在流體相反應(yīng)器應(yīng)用中，有時(shí)對(duì)整個(gè)過(guò)程的溫度控制有多種要求(I)當(dāng)每個(gè)樣品、傳感器或者反應(yīng)的熱特性差別很大時(shí)，為多個(gè)流體樣品、傳感器或流體相反應(yīng)提供溫度調(diào)節(jié)；(2)在某一特定時(shí)間內(nèi)提供非常精確的、均勻的溫度調(diào)節(jié)；
(3)為所有樣品、傳感器或反應(yīng)提供溫度調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)高度精確并且在多個(gè)樣品、傳感器或反應(yīng)中均勻；以及⑷對(duì)受控溫度進(jìn)行快速的、可預(yù)測(cè)性的改變。在溫度控制器的設(shè)計(jì)中，這些競(jìng)爭(zhēng)性要求常常是相互矛盾。具體地，能夠隨時(shí)間和樣品對(duì)溫度進(jìn)行精確和均勻調(diào)節(jié)的控制器通常不適于快速改變溫度。相反，能夠快速改變溫度的溫度控制器通常是不精確和不均勻的。因此，現(xiàn)有技術(shù)采用不同的方法來(lái)處理這些問(wèn)題。一種方法是把樣品、傳感器或者反應(yīng)物置于高導(dǎo)熱材料塊中，如鋁質(zhì)加熱器塊。例如，Shoder等人報(bào)道了 6種均基于導(dǎo)熱塊設(shè)計(jì)的商用PCR熱循環(huán)器的性能(Schoder D, Schmalwieser A, Schauberger G, Kuhn M, Hoorfar J, Wagner M. PhysicalCharacteristics of Six New Thermocyclers. Clinical Chemistry 2003 ；49 :960-963)。由于這種材料塊的熱傳導(dǎo)率很高，因此它易于等溫。因此，控制材料塊內(nèi)樣品的溫度是相對(duì)簡(jiǎn)單的控制材料塊溫度的問(wèn)題。由于用于測(cè)量材料塊溫度的裝置尺寸幾乎沒(méi)有限制，因此可以采用高準(zhǔn)確度的傳感器，例如熱敏電阻或者集成電路型傳感器來(lái)測(cè)量材料塊的溫度。材料塊溫度的反饋控制僅僅需要一個(gè)調(diào)節(jié)材料塊加熱器輸出的控制回路。在這種導(dǎo)熱加熱器塊的方法中，其溫度控制的準(zhǔn)確度通常很高；而且，可以將熱特性均一的樣品均勻地控制到相同的溫度。但是，這種方法有幾個(gè)缺點(diǎn)。首先，如果樣品的熱特性變化很大，則溫度不會(huì)總是均勻，因?yàn)椴牧蠅K內(nèi)局部變化沒(méi)有被監(jiān)測(cè)或者單獨(dú)被調(diào)節(jié)。其次，材料塊的熱質(zhì)通常遠(yuǎn)大于少量液體樣品的熱質(zhì)。材料塊大的熱質(zhì)使得樣品溫度難于被迅速改變。當(dāng)需要快速改變溫度例如階躍變化到新的溫度時(shí)，通常采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的諸如PID(比例-積分-微商)的控制算法來(lái)在溫度快速變化和目標(biāo)溫度的過(guò)調(diào)量之間進(jìn)行折衷處理(Schoder D, Schmalwieser A, Schauberger G, Kuhn M, Hoorfar J, Wagner M. PhysicalCharacteristics of Six New Thermocyclers. Clinical Chemistry 2003 ；49 :960-963)。第二種用于控制多個(gè)樣品、傳感器或反應(yīng)的方法是對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行單個(gè)和單獨(dú)加熱。例如，F(xiàn)riedman和Meldrum報(bào)道了一種新型薄膜電阻器法,用于對(duì)PCR的單個(gè)毛細(xì)管進(jìn)行熱控制(Friedman NA, Meldrum DR. Capillary tube resistive thermal cycling.Analytical Chemistry 1998;79:2997-3002)。該方法對(duì)每個(gè)樣品、傳感器或反應(yīng)的溫度進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量，進(jìn)而對(duì)單個(gè)調(diào)節(jié)的加熱器的輸出進(jìn)行控制。由于單獨(dú)調(diào)節(jié)每個(gè)樣品，因此這種方法易于容納多個(gè)熱特性不同的樣品。而且這些單獨(dú)受熱部分的熱質(zhì)通常較小，使得可以快速改變溫度。但是這種方法有一些缺點(diǎn)。對(duì)于極少的流體樣品，它引入了測(cè)量溫度的復(fù)雜性。適于小型化的溫度傳感器，例如熱電偶，其準(zhǔn)確度不及較大傳感器，例如熱敏電阻。而且，它通常不能直接測(cè)量流體樣品的溫度，而是測(cè)量替代溫度(例如包含樣品的毛細(xì)管的表面溫度)(Friedman NA, Meldrum DR. Capillary tube resistivet hermal cycling.Analytical Chemistry 1998 ;79 :2997-3002)?？墒牵绻麤](méi)有導(dǎo)熱塊(conductive block)提供的基本上等溫的溫度場(chǎng)，這種方法可能導(dǎo)致樣品溫度測(cè)量誤差。因此，單個(gè)控制少量樣品溫度的方法可以快速改變溫度，但是其對(duì)溫度控制精度或均勻性(時(shí)間上和各樣品之間)通常不如導(dǎo)熱塊。 因此，在一些應(yīng)用中，尤其是在通過(guò)麗MS分析的MIGET中，提出了很多現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有完全滿(mǎn)足的性能要求。雖然現(xiàn)有技術(shù)提出的方案能滿(mǎn)足個(gè)別性能要求，但是不能滿(mǎn)足所有的性能要求。多項(xiàng)美國(guó)專(zhuān)利涉及樣品溫度控制的普通領(lǐng)域。美國(guó)專(zhuān)利Νο·6，730，833教導(dǎo)，用來(lái)在樣品管中的離散樣品(不流動(dòng)樣品)中進(jìn)行PCR的早期加熱器裝置沒(méi)有為每個(gè)樣品管帽提供均勻的熱接觸，導(dǎo)致樣品之間的溫度控制不均勻，從而降低PCR反應(yīng)的效率。該項(xiàng)專(zhuān)利教導(dǎo)了使用一種柔性加熱蓋裝置，該柔性加熱蓋裝置給每個(gè)樣品管帽提供均勻的熱接觸。該裝置優(yōu)選與容納樣品管的加熱塊結(jié)合使用。該加熱塊教導(dǎo)了使用諸如熱電和電阻的各種加熱元件以及諸如強(qiáng)制對(duì)流和熱電的散熱器，但是沒(méi)有教導(dǎo)把樣品基本限制在熱源和散熱器之間的單個(gè)平面上。該裝置也沒(méi)有討論采用使樣品流經(jīng)加熱器塊的通道。美國(guó)專(zhuān)利No. 6，703，236也教導(dǎo)，在早期用于離散樣品PCR反應(yīng)的導(dǎo)熱塊中，樣品之間溫度不均勻性是導(dǎo)致效率降低的一個(gè)問(wèn)題。該專(zhuān)利教導(dǎo)了使用一種導(dǎo)熱塊，該導(dǎo)熱塊采用電阻加熱器進(jìn)行加熱，通過(guò)使液體制冷劑流經(jīng)在導(dǎo)熱塊內(nèi)加工的流動(dòng)通道來(lái)進(jìn)行冷卻。該冷卻通道介于加熱元件和樣品之間。美國(guó)專(zhuān)利No. 6，692，700教導(dǎo)了在微流體裝置中將大直徑導(dǎo)線(xiàn)用于電阻加熱器，使其通過(guò)微流體裝置時(shí)減少導(dǎo)線(xiàn)不必要的發(fā)熱。該專(zhuān)利還教導(dǎo)使用熱電芯片以冷卻微流體
>J-U ρ α裝直。美國(guó)專(zhuān)利No. 6，673，593教導(dǎo)使用集成半導(dǎo)體加熱器對(duì)微流體裝置加熱。美國(guó)專(zhuān)利No. 6，666，907教導(dǎo)使用接觸氣相色譜柱的薄膜電阻器，其中使用該電阻器直接加熱色譜柱，同時(shí)監(jiān)測(cè)電阻以提供一體化溫度感測(cè)。該裝置為GC分析提供了一種程序升溫的微流體方法。美國(guó)專(zhuān)利No. 6，657，169認(rèn)為非常理想的是均勻調(diào)節(jié)所有PCR樣品的溫度，并教導(dǎo)了一種用于均勻加熱液體樣品導(dǎo)熱塊。該專(zhuān)利教導(dǎo)了一種用于加熱PCR樣品管導(dǎo)熱塊，其具有電阻和熱電加熱元件以及自然對(duì)流散熱器，其中加熱器置于樣品和散熱器之間。美國(guó)專(zhuān)利No. 6，579，345教導(dǎo)了直接加熱毛細(xì)管柱來(lái)對(duì)氣相色譜進(jìn)行程序升溫。該專(zhuān)利教導(dǎo)了快速改變溫度的要求與精確的溫度調(diào)節(jié)相矛盾，并教導(dǎo)了一種預(yù)測(cè)性前饋控制算法的使用，與更傳統(tǒng)的反饋控制算法結(jié)合使用。美國(guó)專(zhuān)利No. 6，558，947教導(dǎo)了使用容納PCR樣品管的特定套筒，其中每個(gè)套筒單獨(dú)加熱，并且每個(gè)套筒將熱量傳遞給散熱器。每個(gè)樣品池配置有溫度監(jiān)測(cè)器，對(duì)每個(gè)樣品管的溫度進(jìn)行獨(dú)立地調(diào)節(jié)。美國(guó)專(zhuān)利No. 6，541，274教導(dǎo)了使用熱交換器，其插入微流體容器中以控制反應(yīng)溫度。美國(guó)專(zhuān)利No. 6，533，255教導(dǎo)了使用液態(tài)金屬對(duì)多個(gè)樣品的溫度進(jìn)行均勻控制，優(yōu)選用于PCR反應(yīng)。美國(guó)專(zhuān)利No. 4，443，407教導(dǎo)了一種裝置，用于在37. (TC的固定和受控溫度下分析少量血液樣品。血液樣品流經(jīng)兩側(cè)均與傳導(dǎo)性加熱器塊熱接觸的樣品池，其中每個(gè)加熱器塊的溫度維持在37. (TC。這些加熱器塊用電阻加熱器加熱，并且具有幾個(gè)暴露表面，該暴露表面通過(guò)自然對(duì)流的方式把熱量散失到環(huán)境中。美國(guó)專(zhuān)利No. 4，415，534教導(dǎo)了一種裝置，用于在37. (TC的固定和受控溫度下分析少量血液樣品。血液樣品流經(jīng)傳導(dǎo)性測(cè)量塊，其含有用于各種分析的電極傳感器。該傳導(dǎo)性測(cè)量塊被隔熱罩包圍，并通過(guò)基礎(chǔ)構(gòu)件在所述隔熱罩與該測(cè)量塊之間實(shí)現(xiàn)良好的熱接觸。該測(cè)量塊和隔熱罩采用功率晶體管供熱，其溫度維持在37. (TC。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選提供一種溫度控制流體樣品系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括流體樣品裝置，其包括具有第一內(nèi)表面和第一外表面的第一襯底塊(substrate block)、具有第二內(nèi)表面和第二外表面的第二襯底塊，以及形成于第一內(nèi)表面中且具有開(kāi)口朝向第一襯底塊外圍邊緣的第一和第二端的第一溝槽。該第一和第二襯底塊的第一和第二內(nèi)表面相互面對(duì)，從而在第一和第二襯底之間形成第一通道。其中，該第一通道具有開(kāi)口朝向該流體樣品裝置外圍邊緣的第一和第二端，該第一通道結(jié)合所述第一溝槽，第一通道位于由該第一通道的高度(h)所間隔開(kāi)的假想平面之間，所述兩個(gè)假想平面相互平行并且在它們之間限定第一體積，在該第一體積中容納所述第一通道以及至少一個(gè)配置用于測(cè)量所述第一體積中的溫度的溫度傳感器。該系統(tǒng)還包括熱耦合于所述第一和第二外表面中一個(gè)的加熱器、熱耦合于所述第一和第二外表面中另一個(gè)的散熱器以及溫度控制器，所述溫度控制器被配置用于接收來(lái)自所述溫度傳感器的溫度信息并對(duì)此響應(yīng)、輸出信號(hào)以控制所述加熱器和散熱器中至少之一，這樣在所述第一和第二外表面中的一個(gè)與所述第一和第二外表面中另一個(gè)之間形成溫度梯度，并在所述第一體積內(nèi)維持所需的溫度。另一方面，本發(fā)明涉及溫度控制流體樣品系統(tǒng)，包括流體樣品裝置，其具有第一和第二外表面以及至少一個(gè)配置用于容納流體樣品的內(nèi)部隔室，所述隔室位于被所述隔室高度(h)所間隔開(kāi)的兩個(gè)相互平行且平行于該第一和第二外表面的虛平面之間，所述兩個(gè)虛平面之間限定用于容納所述隔室的第一體積；至少一個(gè)溫度傳感器，配置用于測(cè)量第一體積的溫度；加熱器，熱耦合于所述第一和第二外表面中的一個(gè)；散熱器，熱耦合于所述第一和第二外表面中另一個(gè)；以及溫度控制器，配置用于接收溫度傳感器的溫度信息，并對(duì)此響應(yīng)、輸出信號(hào)以控制加熱器，這樣在所述第一和第二外表面中的一個(gè)與所述第一和第二外表面中另一個(gè)之間形成溫度梯度，并在所述第一體積內(nèi)維持所需的溫度。又一方面，本發(fā)明涉及一種用于控制至少兩個(gè)熱容不同的流體樣品的溫度的方法。本發(fā)明方法包括使第一和第二流體樣品沿著在公用裝置內(nèi)形成的第一和第二路徑流過(guò)，第一流體樣品具有第一熱容，第二流體樣品具有第二熱容，所述第一和第二路徑基本沿著所述裝置內(nèi)的公共平面；在正交于所述平面的方向上施加熱梯度，使得均勻的熱通量經(jīng)過(guò)所述平面；在所述平面內(nèi)的點(diǎn)上測(cè)量該裝置的溫度，所述點(diǎn)位于該第一和第二路徑之間；以及依據(jù)該裝置的測(cè)量溫度調(diào)節(jié)熱耦合于該裝置的加熱器。PID控制可用于控制前述任何方案的溫度。


為了更好的理解本發(fā)明，并演示如何實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，下列附圖將作為參考，其中圖I是依據(jù)本發(fā)明的具有流控芯片裝置的系統(tǒng)側(cè)視圖；圖2A是依據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施方案的襯底的的透視圖；圖2B是采用圖2A襯底的流控芯片側(cè)視圖；圖3A和3B是第二實(shí)施方案的襯底和利用該襯底形成的流控芯片裝置的側(cè)視圖；以及圖4A和4B是第三實(shí)施方案的襯底和利用該襯底形成的流控芯片裝置的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式圖I是依據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)100的一個(gè)實(shí)施方案。該系統(tǒng)包括流控芯片裝置110和溫度控制器150。該流控芯片裝置110包括第一襯底塊120和第二襯底塊130。第一襯底塊120具有第一內(nèi)表面122和第一外表面124,而第二襯底塊130具有第二外表面132和第二外表面134。在組裝狀態(tài)下及使用過(guò)程中，第一和第二襯底塊120、130的第一內(nèi)表面122、132相互對(duì)立或者面對(duì)，優(yōu)選相互緊靠。而且，在組裝狀態(tài)下及使用過(guò)程中，第一和第二襯底塊120、130的第一和第二外表面124、134優(yōu)選為平面且相互平行。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，第一和第二襯底塊通常單獨(dú)形成，其中之一或兩者通過(guò)蝕刻或鉆孔形成有井、溝槽、隔室、容器、通道以及其它構(gòu)造。此外，一個(gè)襯底塊可為另一個(gè)襯底塊的鏡像。作為替代，一個(gè)襯底塊的一些構(gòu)造與另一襯底塊的構(gòu)造互補(bǔ)，而另一些構(gòu)造與另一襯底塊的構(gòu)造完全相同；也可能有其它變化。通常情況下，兩個(gè)襯底塊被固定在一起形成組合流控芯片。分別形成于每個(gè)襯底塊的一對(duì)溝槽然后可在組合流控芯片內(nèi)形成通道，流體可引入到該通道中。所有這些均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所知。第一和第二襯底塊120、130都采用導(dǎo)熱材料形成。因此，兩者均可包括諸如鋁、銅、娃、玻璃等的材料。第一襯底塊120的第一外表面124熱稱(chēng)合于第一溫度的加熱器140。優(yōu)選第一外表面124的整個(gè)有效面積為加熱器140所覆蓋。因此，加熱器140被配置用于為第一外表面124提供均勻的單位面積熱量。加熱器140的另一側(cè)覆有絕緣層146，以保證對(duì)環(huán)境的熱損失可以忽略。加熱器140本身可采用電阻加熱、熱電芯片、熱流體流動(dòng)或本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的其它方式加熱。第二襯底塊130的第二外表面134熱耦合于第二溫度的散熱器148，其中第二溫度低于第一溫度。優(yōu)選第二外表面134的整個(gè)有效面積為該散熱器所覆蓋，以便熱能夠在第二外表面134上均勻耗散。一個(gè)實(shí)施例中，散熱器148為熱電芯片。另一個(gè)實(shí)施例中，散熱器148包括溫度低于加熱器140的流體。在又一個(gè)實(shí)施例中，散熱器148僅僅為室溫，可采用風(fēng)扇鼓風(fēng)在第二襯底塊的第二外表面134處循環(huán)空氣。在一些實(shí)施例中,可以米用保護(hù)材料層例如絕緣層(未圖示)來(lái)覆蓋散熱器148。第一和第二虛平面126、136分別限定于芯片總成110內(nèi)。如圖I的實(shí)施方案可知，第一虛平面穿過(guò)第一襯底塊120，第二虛平面136穿過(guò)第二襯底塊130。虛平面126、136相互平行。優(yōu)選的是，在組裝狀態(tài)下虛平面126、136也分別平行于第一和第二襯底塊120、130的第一和第二外表面122、132。虛平面126、136間距為h，并在組裝的芯片內(nèi)在二者之間限定第一體積薄片(volumetric slice )V。應(yīng)該理解,該第一體積薄片是由兩個(gè)襯底塊120、130夾在第一和第二虛平面126、136之間的部分限定。還應(yīng)理解，圖I不是按比例畫(huà)出，距離h通常很小，和通道直徑相近，約10-50微米左右。因此，兩個(gè)虛平面之間的間距h非常小，從熱學(xué)角度講，該第一體積薄片V可有效視為單平面區(qū)域。本發(fā)明中，用于在裝置110內(nèi)容納流體樣品的井、通道和其它隔室僅在體積薄片V內(nèi)。由于熱源140和散熱器148,可以理解在第一外表面124和第二外表面134之間形成由箭頭H指示的溫度梯度。如果第一和第二外表面124、134平行，則熱會(huì)在加熱器140和第一外表面124之間以及第二外表面134和散熱器之間均勻傳遞，其熱通量正交于兩個(gè)虛平面126、136。溫度傳感器158提供于第一體積V內(nèi)。因此，在第一體積內(nèi)具有井、通道或其它空隙的組合流控芯片中，溫度傳感器158的位置適合于測(cè)定存在于這種隔室內(nèi)的流體溫度。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，優(yōu)選溫度傳感器位于兩個(gè)或多個(gè)隔室之間，以便輸出與兩個(gè)隔室接近等距的空間位置所對(duì)應(yīng)的單一溫度。應(yīng)該理解，在其它一些實(shí)施方案中，可采用多個(gè)這種溫度傳感器。如圖I所示，溫度傳感器158經(jīng)由溫度傳感器導(dǎo)線(xiàn)154連接至溫度控制器150。應(yīng)該理解，溫度控制器150可以包括用戶(hù)接口、處理器和溫度控制算法等。溫度控制器150接收來(lái)自溫度傳感器158的溫度讀數(shù),并將第一溫度控制信號(hào)152輸入加熱器140。第一溫度控制信號(hào)152優(yōu)選對(duì)加熱器140的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。一些實(shí)施方案中，溫度控制器150可輸出第二溫度控制信號(hào)156至散熱器148。根據(jù)所提供的散熱器的性質(zhì)，第二溫度控制信號(hào)156可對(duì)熱電器件的溫度、流體流速、風(fēng)扇速度等進(jìn)行調(diào)節(jié)。圖2A表示第一襯底塊220，其第一內(nèi)表面222位于y-z平面內(nèi)，如圖所示。內(nèi)表面222具有多個(gè)適合于容納流體的井228。該內(nèi)表面還具有溫度傳感器258。圖中顯示溫度傳感器258位于第一內(nèi)表面的中間，但是這并不是必須的。但是，優(yōu)選溫度傳感器258位于沿y方向和z方向的兩個(gè)井之間。而且，本實(shí)施方案顯示的是只有4個(gè)井的陣列，應(yīng)該理解，可以提供更多數(shù)量的井，例如4X8、8X 12乃至更多數(shù)量的陣列。圖2B表示位于第一襯底塊220頂上的第二襯底塊230。本實(shí)施方案中，井228位于下部的第一襯底塊220內(nèi)。第一虛平面226形成于第一襯底塊220內(nèi)，而第二虛平面236與緊靠的第一和第二內(nèi)表面222、232相重合，其還與圖2A中的y-ζ平面相重合。如圖2B所示，虛平面226和236之間的間距約等于井228的深度。因此，溫度傳感器258位于兩個(gè)虛平面之間限定的體積內(nèi)，這樣設(shè)置以測(cè)量沿X方向上的點(diǎn)的溫度，該點(diǎn)大致對(duì)應(yīng)于在X方向上的井的位置。井228以及其中的樣品被配置，使得它們?cè)赬方向上的尺寸與熱源和散熱器之間的距離相比很小。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，圖I所示的加熱器、絕緣層、溫度控制器、散熱器和其它構(gòu)件在圖2B中均被省略，但實(shí)際存在。圖2B的實(shí)施方案中，加熱器優(yōu)選置于第一襯底塊220下方,并且以一定的方式配置，以在整個(gè)第一外表面224上提供均勻的單位面積熱量。因此，熱梯度沿X軸在紙面上向上，而通過(guò)裝置傳導(dǎo)的熱通量方向正交于第一和第二外表面224和234、虛平面226和236以及y-z平面。以一定的方式設(shè)置散熱器，以給第二外表面234提供均勻的單位面積吸收熱量。該散熱器可通過(guò)空氣強(qiáng)制對(duì)流以將熱傳遞到環(huán)境、通過(guò)熱電芯片、通過(guò)冷卻流體流動(dòng)或者其結(jié)合方式例如采用強(qiáng)制空氣對(duì)流將熱量傳遞至受控的、冷卻熱電芯片來(lái)提供。本方案的一個(gè)要素是選擇從熱源到散熱器的最佳熱通量。從熱源到散熱器的熱通量應(yīng)該足夠大，以使單位面積熱通量乘于井228內(nèi)樣品平均面積所得之值大于將每個(gè)樣品加熱到分析溫度所需的熱量。另一方面，該熱通量應(yīng)該足夠小，以使在X方向的溫度梯度較小。優(yōu)選沿X方向的溫度梯度應(yīng)該足夠小，以使在X方向上隨樣品厚度的溫度變化可以接受。溫度傳感器258位于兩個(gè)虛平面226和236之間，用于樣品溫度的反饋控制。該溫度傳感器優(yōu)選為具有最小校正、隨時(shí)間而保持高準(zhǔn)確度的裝置，例如熱敏電阻器。該裝置可以以?xún)煞N控制模式中一種模式運(yùn)行，或者以?xún)煞N模式的組合來(lái)運(yùn)行。為了隨時(shí)間而將y-z平面控制在穩(wěn)定溫度，可采用常規(guī)的PID控制加熱器的輸出、傳遞給散熱器的熱或者它們的組合。在進(jìn)行諸如階躍升溫或降溫的快速程序變溫時(shí)，為了控制y-z的溫度，優(yōu)選通過(guò)調(diào)節(jié)熱量輸入和輸出的時(shí)間曲線(xiàn)(time profiles)的智能控制算法，從而以可預(yù)測(cè)方式控制y_z平面的溫度。圖3A和3B為依據(jù)本發(fā)明的襯底塊310和裝置320的另一個(gè)實(shí)施方案。本實(shí)施方案中，流體樣品流經(jīng)形成于流控芯片內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)通道，而不是保持于井中。在每一對(duì)襯底塊中加工或蝕刻相同的溝槽302、304和306，其中每個(gè)溝槽的每一端和襯底塊310的外圍邊緣330A、330B、330C和330D相通，圖3A中的箭頭表示流體流動(dòng)的方向。當(dāng)具有相互相對(duì)的溝槽的一對(duì)襯底塊靠在一起時(shí)，由兩個(gè)的同樣溝槽形成一個(gè)通道，每個(gè)通道與流控芯片的外圍邊緣相通，從而限定流體可以流經(jīng)的路徑。每個(gè)通道在X方向上的厚度為每個(gè)溝槽深度的2倍。因此，兩個(gè)虛平面限定每個(gè)通道，每個(gè)虛平面穿過(guò)一個(gè)襯底塊，并且與對(duì)應(yīng)內(nèi)表面(即y-z平面)平行。該虛平面之間的間距對(duì)應(yīng)于X方向上通道厚度。流體樣品可以在通道390內(nèi)流動(dòng)，或者作為替代，可以流經(jīng)管道308，該管道308容納在所述通道內(nèi)并且與襯底塊310A和310B具有良好的熱接觸。襯底塊310A可緊靠圖I討論的散熱器380，而襯底塊310B可緊靠上述討論的加熱器3820。絕熱材料384可緊靠加熱器382的另一側(cè)。應(yīng)該理解，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，圖3A和3B中的溫度控制器和傳感器導(dǎo)線(xiàn)均被省略。在兩個(gè)虛平面之間的相同狹窄體積薄片內(nèi)可以布置有多個(gè)流體通道和溫度傳感器。在一個(gè)實(shí)施方案中，提供多個(gè)平行的流體通道對(duì)，每個(gè)流體通道對(duì)都具有自己的溫度傳感器。在另一個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)溫度傳感器結(jié)合4個(gè)或更多個(gè)這樣的通道一起使用。在又一個(gè)實(shí)施例中，在流控芯片中形成有8、16、32、64、96或者甚至128個(gè)微通道，提供一個(gè)與所有的微通道共面的溫度傳感器350。這些溝槽以及形成的通道可以形成為具有任意復(fù)雜的或者蛇形圖案，只要通道限定到單個(gè)平面就可以(或者更為確切的說(shuō)，限定在兩個(gè)虛平面之間的狹窄體積薄片內(nèi))。應(yīng)該理解，相比較而言，圖3A只是顯示了可形成的一些溝槽類(lèi)型(直角型302，蛇形304和直線(xiàn)型306等)，而圖3B只顯示了沿兩個(gè)襯底之間界面延伸的所形成的通道，如390所示。裝置320除了具有溫度傳感器之外，還可以具有非溫度傳感器。用于測(cè)量流體性質(zhì)的分析傳感器360、362、364和366可直接與樣品接觸。作為選擇，它們可基于非接觸式測(cè)量，例如用于熒光光學(xué)測(cè)量的光學(xué)傳感器368。優(yōu)選分析探針足夠小，使得其在X方向上的厚度小于襯底塊的厚度。這些探針可以具有不同的熱特性。尤其適合于該目的的傳感器包括注入PO2和pH電極的針形電極，以及用于MMIMS的針形傳感器。本方案也很適于具有平面幾何結(jié)構(gòu)的傳感器，例如基于芯片的傳感器370。圖4A和4B為依據(jù)本發(fā)明的襯底塊和裝置的又一個(gè)實(shí)施方案。每個(gè)襯底塊410 (只顯示了一個(gè))具有四個(gè)外圍邊緣450A、450B、450C和450D，并且提供有兩個(gè)L型溝槽420和430。每個(gè)L型溝槽包括第一腿422A、432A和第二腿422B、432B，二者交匯于放大的杯狀彎管區(qū)域424和434。每個(gè)溝槽的第一腿具有與襯底塊的第一邊緣450C相通第一端426A和436A，其中兩個(gè)溝槽的第一端相互間距為dl。一個(gè)L型溝槽420具有第二腿422B，其第二端426B與該襯底塊的第二邊緣450B相通；而另一個(gè)L型溝槽430具有第二腿432B，其第二端436B與第三邊緣450D相通。該第二和第三邊緣450B、450D反向相對(duì)。每個(gè)放大的彎管區(qū)域經(jīng)由一對(duì)隔開(kāi)的直線(xiàn)溝槽429、439連接至襯底塊的第四邊緣。優(yōu)選直線(xiàn)溝槽429、439與相應(yīng)的L型溝槽的第一腿共線(xiàn)。在組裝的裝置中，當(dāng)將兩個(gè)襯底塊靠在一起，L型溝槽形成兩個(gè)L型通道。同時(shí)，直線(xiàn)溝槽形成兩個(gè)用于容納MfflMS傳感器440、442的通路，MMIMS傳感器的感測(cè)端分別位于杯狀彎管區(qū)域424、434內(nèi)。利用本發(fā)明使兩種流體實(shí)現(xiàn)相同的溫度，并且這種布置允許兩種流體同時(shí)流經(jīng)MfflMS傳感器440、442。本實(shí)施方案的優(yōu)選應(yīng)用中，將氣體樣品引入由第二溝槽430形成的第一流動(dòng)通道中，而將血液樣品引入由第一溝槽420形成的第二流動(dòng)通道中。如圖4A所示，氣體樣品和血液樣品(即從第二端436B流向第一端436A)的流動(dòng)方向相反，但是，它也可以配置成沿反方向流動(dòng)。經(jīng)由各自的流動(dòng)通道，這兩種流體樣品分別流經(jīng)麗MS傳感器440、442，傳感器440、442具有高分子膜填充的多個(gè)孔，用于分離流體樣品和超高真空。氣體或血液樣品中的惰性氣體透過(guò)高分子膜進(jìn)入超高真空系統(tǒng),并由此進(jìn)入質(zhì)譜離子源,如箭頭469，479所示，以分析流體樣品中的惰性氣體分壓。也可以使用諸如美國(guó)專(zhuān)利No. 5，834，722和6，133，567提供的MMIMS傳感器等，這些文獻(xiàn)通過(guò)弓I用并入本文。圖4B是由圖4A所示的兩個(gè)襯底塊410A、410B形成的裝置480的側(cè)視圖。圖中的第一管481將麗MS探針獲得的樣品引入質(zhì)譜中，而伸出紙頁(yè)的第二導(dǎo)管482將出口血液樣品引導(dǎo)離開(kāi)裝置480。本實(shí)施方案中的襯底塊優(yōu)選鋁塊，厚3/8英寸，其結(jié)合面中有加工的槽，用于容納氣體和血液樣品導(dǎo)管和MfflMS探針。本實(shí)施方案的熱源460優(yōu)選商用的蝕刻薄膜加熱墊(etched foil heater pad),該加熱墊被設(shè)計(jì)以提供均勻的單位面積熱量。絕熱材料462位于加熱器460的外表面上。本實(shí)施方案的散熱器包括風(fēng)扇464,在第二襯底塊的第二外表面的散熱器表面上提供強(qiáng)制空氣對(duì)流，如箭頭466所指。熱傳遞系數(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。但是，需要注意的是，也可使用其它類(lèi)型的散熱器，例如熱電器件、流動(dòng)液體等。有上文可知，本發(fā)明可為具有不同熱容的多個(gè)樣品提供一致的溫度調(diào)節(jié)。對(duì)具有不同熱容的多個(gè)樣品的溫度的一致調(diào)節(jié)可通過(guò)下列措施來(lái)實(shí)現(xiàn)控制流控芯片的熱量輸入和輸出，以及將流經(jīng)該流控芯片的設(shè)計(jì)的穩(wěn)態(tài)熱通量調(diào)節(jié)至遠(yuǎn)大于加熱少量流體樣品所需的熱量。采用鋁等高導(dǎo)熱性材料，相對(duì)大的熱通量可以從熱源流經(jīng)流控芯片直到散熱器，并且在流控芯片中具有最小的溫度梯度，從而使流控芯片近于等溫。提供比加熱流體樣品所需的熱量大的多的穩(wěn)態(tài)熱通量產(chǎn)生了所需性質(zhì)，即流控芯片內(nèi)任意一點(diǎn)的溫度主要由芯片熱通量所決定，且在流控芯片內(nèi)形成的溫度梯度小。因此，傳遞給流體樣品的或來(lái)自流體樣品的熱對(duì)局部溫度的影響被降至最低。因?yàn)槊總€(gè)樣品對(duì)局部流控芯片溫度的影響可以忽略，所以樣品的熱容、流量、體積和初始溫度等熱特性之間的差異對(duì)樣品溫度產(chǎn)生的影響也可以忽略。從上文也可看出，本發(fā)明也可以提供快速改變樣品和傳感器的溫度的能力?？焖俑淖儤悠泛蛡鞲衅鳒囟鹊哪芰νㄟ^(guò)正交幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所有的流體樣品被置于兩個(gè)虛平面之間狹窄的第一體積內(nèi)。井或通道的深度以及第一體積的厚度很小，使得從熱學(xué)角度講可近似看成單個(gè)y-z樣品平面。樣品置于兩個(gè)傳導(dǎo)性襯底塊或板之間。此外，熱源和散熱器均被布置為平面形的近似均勻的加熱和冷卻源，并與y-z樣品平面平行。因此，流經(jīng)襯底塊的熱通量正交于y-z樣品平面，熱在X方向上前進(jìn)從熱源直到散熱器。由于該平面幾何結(jié)構(gòu)，y-z平面內(nèi)的流體樣品將是等溫的，在y-z平面內(nèi)對(duì)該樣品溫度的控制縮小為控制沿X方向的溫度梯度中單個(gè)點(diǎn)的溫度。因而，通過(guò)暫時(shí)性使熱源和樣品間的襯底塊過(guò)熱可有助于快速增加樣品溫度。在這種熱脈沖之后，緊接著暫時(shí)性增加樣品和散熱器之間的襯底塊的熱散失，則可避免y-z平面內(nèi)的溫度過(guò)沖。盡管可通過(guò)常規(guī)PID控制算法可以實(shí)現(xiàn)快速改變y-z平面的溫度，但是當(dāng)采用智能控制算法來(lái)控制熱源和散熱器時(shí)，正交熱通量幾何結(jié)構(gòu)快速改變溫度且可避免過(guò)沖的優(yōu)點(diǎn)變得非常明顯。這使得可對(duì)測(cè)量過(guò)程中的溫度進(jìn)行精確的、均勻的調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度測(cè)量和控制，即使是采用單個(gè)溫度傳感器。顯而易見(jiàn)，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可用于多種裝置。首先，我們相信本發(fā)明滿(mǎn)足在通過(guò)MMMS分析的MIGET中溫度控制的四個(gè)要求。這四個(gè)要求包括(1)在單個(gè)樣品的熱容和流量差別很大時(shí)，為多個(gè)流體樣品(例如一個(gè)氣體樣品和兩個(gè)血液樣品)提供溫度調(diào)節(jié)；(2)在幾分鐘內(nèi)提供高準(zhǔn)確度(優(yōu)選O. 1°C內(nèi))、均勻的溫度調(diào)節(jié)；(3)對(duì)血液和氣體樣品，在氣體和血液樣品及它們的傳感器之間提供高準(zhǔn)確度(優(yōu)選O. 1°C內(nèi))、均勻的穩(wěn)態(tài)溫度調(diào)節(jié)；以及⑷快速、可預(yù)測(cè)的改變樣品組之間的受控溫度。對(duì)于第一個(gè)要求，在通過(guò)MMMS分析的MIGET中，血液和氣體樣品初始均為室溫，二者必須被加熱以在與體溫準(zhǔn)確相同的溫度下進(jìn)行分析，但是，由于血液樣品的熱容遠(yuǎn)大于氣體樣品，所以加熱血液樣品所需的熱量也要大的多。不過(guò)，y-z平面(或者更為精確的說(shuō)是兩個(gè)虛平面之間的狹窄體積薄片)的溫度主要由從加熱器到散熱器的熱通量決定。由于該熱通量大于加熱血液樣品所需的熱量，因此血液和氣體樣品的溫度被控制到幾乎相等，而無(wú)論各樣品在樣品注入和分析期間的熱容、流量或者起/止的流動(dòng)模式如何。對(duì)于第二個(gè)要求，本發(fā)明采用強(qiáng)制對(duì)流傳熱來(lái)密切地控制第二導(dǎo)熱襯底塊的散熱，而不是采用自然對(duì)流。因此，圍繞溫度設(shè)定點(diǎn)的隨時(shí)間的波動(dòng)比常規(guī)加熱器塊的要低。對(duì)于第三個(gè)要求，許多加熱器設(shè)計(jì)將不能為樣品提供高精度、均勻的穩(wěn)態(tài)溫度調(diào)節(jié)，僅僅因?yàn)樗羞@些加熱器(或散熱器)實(shí)際上在每單位面積上的熱產(chǎn)生(或每單位面積的熱吸收)有些不均勻。例如，由均勻分布的多匝細(xì)金屬絲制備以產(chǎn)生大致均勻熱通量的電阻加熱器在金屬絲附近產(chǎn)生的熱量仍高于在金屬絲之間的開(kāi)放點(diǎn)產(chǎn)生的熱量。把傳導(dǎo)性襯底塊置于樣品的兩邊可消除I和z方向上潛在的不均勻性。對(duì)于第四個(gè)要求，在通過(guò)MMMS分析的MIGET中，從不同對(duì)象采集的系列樣品組需要在不同的體溫下分析。在測(cè)試完一組樣品后溫度對(duì)時(shí)間的理想曲線(xiàn)是立刻從最后溫度階躍至新的體溫。在實(shí)踐中，溫度控制器無(wú)法實(shí)現(xiàn)這種理想情況。在采用PID控制的常規(guī)傳導(dǎo)性加熱器塊中，加熱塊的實(shí)際質(zhì)量減緩了溫度對(duì)加熱器輸出階躍變化的響應(yīng)。通過(guò)暫時(shí)使加熱器熱輸出過(guò)沖可以實(shí)現(xiàn)塊溫度的快速升高，但是其代價(jià)是塊的溫度過(guò)沖。在本發(fā)明中，受控的溫度不是整個(gè)襯底溫度，而是在X方向上溫度梯度中的單個(gè)溫度?？捎幸庾R(shí)地在襯底其它部分中對(duì)瞬時(shí)溫度進(jìn)行過(guò)沖或下沖控制，以在y-z平面中實(shí)現(xiàn)階躍變化的更好近似。當(dāng)采用智能算法來(lái)控制熱源和散熱器時(shí)，這些優(yōu)點(diǎn)非常明顯。第二應(yīng)用是動(dòng)脈血?dú)?ABG)分析。傳統(tǒng)上在37. (TC的溫度點(diǎn)下進(jìn)行ABG分析，PO2,PCO2和pH的測(cè)量值被校正至患者體溫。這些溫度校正是基于眾多患者的血?dú)庵档钠骄阅?behavior)。但是,這些平均值未必適用于既定個(gè)體。在A(yíng)BG分析中，理想的是對(duì)每個(gè)患者而言將含有電極的傳導(dǎo)性塊的溫度轉(zhuǎn)變?yōu)榇_切的患者溫度。但由于A(yíng)BG分析所要求的緊密調(diào)節(jié)溫度和快速改變樣品之間控制溫度的能力的天生矛盾，妨礙了能夠進(jìn)行這項(xiàng)任務(wù)的溫度控制器的開(kāi)發(fā)。利用本發(fā)明可能同時(shí)滿(mǎn)足這兩種要求。第三，化學(xué)反應(yīng)有時(shí)需要對(duì)特定反應(yīng)在一定的溫度下進(jìn)行特定的控制，但是要求在這些反應(yīng)之間進(jìn)行快速的反應(yīng)器溫度轉(zhuǎn)換。聚合酶鏈反應(yīng)(PCR)就是一個(gè)例子，其要求在三個(gè)不同的溫度之間進(jìn)行重復(fù)循環(huán)，即DNA變性溫度(通常為93°C)、引物退火溫度(通常為55°C )和堿基對(duì)擴(kuò)鏈反應(yīng)溫度(通常為72°C )。然而，變性和退火反應(yīng)所需的時(shí)間最短，整個(gè)循環(huán)的時(shí)間由在這些設(shè)定溫度之間改變樣品溫度的速度所控制。本發(fā)明能夠適用于具有不同尺寸的離散樣品，可對(duì)其進(jìn)行均勻調(diào)節(jié)、快速循環(huán)，并且精確達(dá)到目標(biāo)設(shè)定溫度。本發(fā)明亦可適用于PCR微流控方法，其中多個(gè)樣品流動(dòng)通道可平行延伸。最后，微流體(有時(shí)稱(chēng)為芯片實(shí)驗(yàn)室)方法通常傾向于小型化、樣品純化、制備和分離(例如包括繪制氣相色譜柱的溫度曲線(xiàn))一體化，并且在單個(gè)芯片上進(jìn)行分析。在一些情況下，每一個(gè)步驟可以具有不同的最佳溫度。本發(fā)明的應(yīng)用還包括對(duì)分析每一部分的溫度進(jìn)行精確控制并在各溫度之間進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換。本發(fā)明的幾何結(jié)構(gòu)具有復(fù)雜圖案但限于二維平面，其特別適合于微觀(guān)流體中所用的平面微裝配技術(shù)。盡管關(guān)于特定實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明下述權(quán)利要求的范圍內(nèi)，可對(duì)其進(jìn)行各種改造和修改。同時(shí)也應(yīng)該注意，當(dāng)本發(fā)明使用術(shù)語(yǔ)“流控芯片，，和“流體樣品裝置”時(shí)，這些術(shù)語(yǔ)也可理解為包含工業(yè)上通常所指的“微流體裝置”。本發(fā)明還涉及以下技術(shù)方案I. 一種溫度控制流體樣品系統(tǒng)，包括流體樣品裝置，其包括第一襯底塊，具有第一內(nèi)表面和第一外表面；第二襯底塊，具有第二內(nèi)表面和第二外表面；第一溝槽，形成于所述第一內(nèi)表面中，具有開(kāi)口朝向所述第一襯底塊外圍邊緣的第一和第二端；所述第一和第二襯底塊的第一和第二內(nèi)表面相互面對(duì)，從而在所述第一和第二襯底之間形成第一通道，其中所述第一通道具有開(kāi)口朝向所述流體樣品裝置外圍邊緣的第一和第二端；所述第一通道結(jié)合所述第一溝槽；所述第一通道位于兩個(gè)虛平面之間，所述兩個(gè)虛平面由所述第一通道的高度(h)所間隔開(kāi)且相互平行，并且在它們之間限定容納所述第一通道的第一體積；和至少一個(gè)溫度傳感器，配置用于測(cè)量所述第一體積內(nèi)溫度；加熱器，熱稱(chēng)合于所述第一和第二外表面中的一個(gè)；散熱器，熱稱(chēng)合于所述第一和第二外表面中另一個(gè)；和溫度控制器，配置用于接收來(lái)自所述溫度傳感器的溫度信息，對(duì)此響應(yīng)并輸出信號(hào)以控制所述加熱器和所述散熱器中的至少一個(gè)，以便在所述第一和第二外表面中的一個(gè)與所述第一和第二外表面中的另一個(gè)之間形成溫度梯度；以及在所述第一體積內(nèi)維持所需的溫度。2.根據(jù)項(xiàng)目I所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，還包括形成于所述流體樣品裝置內(nèi)的第二通道。3.根據(jù)項(xiàng)目2所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述第一通道為第一流體占據(jù)，第二通道為第二流體占據(jù)，所述第一和第二流體具有不同的熱容。4.根據(jù)項(xiàng)目3所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述第一流體為液體，所述第二流體為氣體。5.根據(jù)項(xiàng)目2所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述流體樣品裝置具有外圍邊緣，所述外圍邊緣具有至少三個(gè)邊緣表面；所述第一通道的所述第一端形成于第一邊緣表面內(nèi)；所述第一通道的所述第二端形成于第二邊緣表面內(nèi)；所述第二通道的所述第一端形成于所述第一邊緣表面內(nèi)；和所述第二通道的所述第二端形成于第三邊緣表面。6.根據(jù)項(xiàng)目5所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述外圍邊緣包括兩對(duì)平行的邊緣表面；和所述第二和第三邊緣表面相互平行且反向面對(duì)。7.根據(jù)項(xiàng)目2所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，還包括第一探針，與所述第一通道流體連通于所述第一通道的第一和第二端之間的點(diǎn)；和第二探針，與所述第二通道連通于所述第二通道的第一和第二端之間的點(diǎn)。8.根據(jù)項(xiàng)目7所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述流體樣品裝置具有外圍邊緣，所述外圍邊緣具有至少四個(gè)邊緣表面；所述第一通道的所述第一端形成于第一邊緣表面內(nèi)；所述第二通道的所述第一端形成于所述第一邊緣表面內(nèi)；
所述第一通道的所述第二端形成于第二邊緣表面內(nèi)；所述第二通道的所述第二端形成于第三邊緣表面內(nèi)；所述第二和第三邊緣表面互相平行且反向面對(duì)；所述第一和第二探針均經(jīng)由第四邊緣表面進(jìn)入所述流體樣品裝置；和所述第一和第四邊緣表面互相平行且反向面對(duì)。9.根據(jù)項(xiàng)目8所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述第一和第二探針與質(zhì)譜儀連接。10.根據(jù)項(xiàng)目9所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中血液樣品占據(jù)所述第一通道；以及氣體樣品占據(jù)所述第二通道。11.根據(jù)項(xiàng)目2所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，還包括占據(jù)所述第一和第二通道的管材。12.根據(jù)項(xiàng)目I所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述第一和第二虛平面平行于所述第一和第二外表面。13.根據(jù)項(xiàng)目12所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述加熱器在所述第一和第二外表面中的一個(gè)表面上提供均勻的熱，以使均勻的熱通量在正交于所述第一和第二虛平面的方向上通過(guò)所述流體樣品裝置。14.根據(jù)項(xiàng)目I所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述加熱器介于第一絕緣材料和所述第一和第二外表面中的一個(gè)之間。15.根據(jù)項(xiàng)目I所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，還包括第二溝槽，形成于所述第二內(nèi)表面中，和其中所述第一和第二溝槽為L(zhǎng)型，并且結(jié)合以在所述流體樣品裝置內(nèi)一起形成所述第
一通道。16.根據(jù)項(xiàng)目I所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述散熱器為熱電器件。17.根據(jù)項(xiàng)目I所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述散熱器為室溫空氣。18.根據(jù)項(xiàng)目17所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，還包括風(fēng)扇，以使所述空氣通過(guò)所述第二外表面。19.根據(jù)項(xiàng)目I所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述溫度傳感器為熱敏電阻。20.根據(jù)項(xiàng)目I所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述溫度控制器采用比例-積分-微分(PID)控制。21. 一種溫度控制流體樣品系統(tǒng)，包括流體樣品裝置，具有第一和第二外表面以及至少一個(gè)內(nèi)部隔室，所述內(nèi)部隔室被配置用于容納流體樣品并且位于兩個(gè)虛平面之間，所述兩個(gè)虛平面由所述隔室高度(h)所間隔開(kāi)且相互平行，并且還平行于所述第一和第二外表面，所述兩個(gè)虛平面之間限定容納所述隔室的第一體積；至少一個(gè)溫度傳感器，配置用于測(cè)量所述第一體積內(nèi)的溫度；加熱器，熱稱(chēng)合于所述第一和第二外表面中的一個(gè)；散熱器，熱稱(chēng)合于所述第一和第二外表面中的另一個(gè)；和溫度控制器，配置用于接收來(lái)自所述溫度傳感器的溫度信息，對(duì)此響應(yīng)并輸出信號(hào)以控制所述加熱器和所述散熱器中的至少一個(gè)，以便在所述第一和第二外表面中的一個(gè)與所述第一和第二外表面中的另一個(gè)之間形成溫度梯度，和在所述第一體積內(nèi)維持所需的溫度。22.根據(jù)項(xiàng)目21所述溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述溫度控制器被配置以實(shí)施比例-積分-微分控制。23. 一種控制至少兩個(gè)具有不同熱容的流體樣品溫度的方法，所述方法包括使第一和第二流體樣品沿著在公用裝置內(nèi)形成的第一和第二路徑流過(guò)，所述第一流體樣品具有第一熱容，所述第二流體樣品具有第二熱容，所述第一和第二路徑基本上沿著所述裝置內(nèi)的公共平面；在正交于所述平面的方向上施加熱梯度，使得均勻的熱通量通過(guò)所述平面；在所述平面內(nèi)的點(diǎn)上測(cè)量所述裝置的溫度，所述點(diǎn)位于所述第一和第二路徑之間；和基于所述裝置的測(cè)量溫度調(diào)節(jié)熱耦合于所述裝置的加熱器。24.根據(jù)項(xiàng)目23所述的控制至少兩個(gè)流體樣品的溫度的方法，其中所述第一和第二流體樣品分別沿第一和第二路徑流動(dòng)的流量不同。25.根據(jù)項(xiàng)目23所述的控制至少兩個(gè)流體樣品的溫度的方法，包括采用比例-積分-微分控制來(lái)調(diào)節(jié)所述加熱器。26. 一種控制至少兩個(gè)流體樣品溫度的方法，所述方法包括使第一和第二流體樣品沿著在公用裝置內(nèi)形成的第一和第二路徑流過(guò)，所述第一流體樣品具有通過(guò)所述裝置的第一流量，所述第二流體樣品具有通過(guò)所述裝置的第二流量，所述第一和第二路徑基本上沿著所述裝置內(nèi)的公共平面；在正交于所述平面的方向上施加熱梯度，使得均勻的熱通量通過(guò)所述平面；在所述平面內(nèi)的點(diǎn)上測(cè)量所述裝置的溫度，所述點(diǎn)位于所述第一和第二路徑之間；以及基于所述裝置的測(cè)量溫度調(diào)節(jié)熱耦合于所述裝置的加熱器。27.根據(jù)項(xiàng)目26所述的控制至少兩個(gè)流體樣品的溫度的方法，包括采用比例-積分-微分控制來(lái)調(diào)節(jié)所述加熱器。
1權(quán)利要求
1.一種用于處理具有不同流量的流動(dòng)流體的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，包括流體樣品裝置，其具有第一外表面和第二外表面以及至少第一內(nèi)通道和第二內(nèi)通道，各第一內(nèi)通道和第二內(nèi)通道配置為容納流動(dòng)流體樣品，所述通道位于兩個(gè)虛平面之間，所述兩個(gè)虛平面由所述通道的高度所間隔開(kāi)，所述兩個(gè)虛平面相互平行并且還平行于所述第一外表面和第二外表面，所述兩個(gè)虛平面在它們之間限定容納所述第一和第二通道的第一體積；至少一個(gè)溫度傳感器，配置為測(cè)量所述第一體積內(nèi)的溫度；加熱器，熱稱(chēng)合于所述第一外表面；散熱器，熱稱(chēng)合于所述第二外表面；和溫度控制器，配置為接收來(lái)自所述溫度傳感器的溫度信息，并調(diào)節(jié)所述加熱器和所述散熱器中的至少之一，以便在所述第一外表面和第二外表面之間形成溫度梯度；在所述第一體積內(nèi)維持所需的溫度，和當(dāng)所述第一通道為第一流動(dòng)流體占據(jù)以及所述第二通道為第二流動(dòng)流體占據(jù)時(shí)，所述第一流動(dòng)流體和第二流動(dòng)流體具有不同的流量，所述第一流動(dòng)流體和第二流動(dòng)流體保持在基本相同的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中所述溫度控制器配置為實(shí)施比例-積分-微分控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的溫度控制流體樣品系統(tǒng)，其中維持所述體積的所述所需的溫度在預(yù)定值的O. rc范圍內(nèi)。
4.一種控制至少兩個(gè)具有不同流量的流動(dòng)流體樣品溫度的方法，所述方法包括使第一和第二流體樣品沿著在公用裝置內(nèi)形成的第一和第二路徑流過(guò)，所述第一流動(dòng)流體樣品具有第一流量，所述第二流動(dòng)流體樣品具有不同于所述第一流量的第二流量，所述第一和第二路徑基本上沿著所述裝置內(nèi)的公共平面；在正交于所述平面的方向上形成溫度梯度，使得均勻的熱通量通過(guò)所述平面，所述溫度梯度形成在加熱器和散熱器之間，所述加熱器熱耦合于所述裝置并在所述平面的一側(cè)上提供熱，所述散熱器熱耦合于所述裝置并在所述平面的相反側(cè)上提冷卻；在所述平面內(nèi)的點(diǎn)上測(cè)量所述裝置的溫度，所述點(diǎn)位于所述第一和第二路徑之間；和基于所述裝置的測(cè)量溫度調(diào)節(jié)所述加熱器和所述散熱器中至少之一，以使得所述第一流動(dòng)流體樣品和第二流動(dòng)流體樣品保持在基本相同的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制至少兩個(gè)具有不同流量的流動(dòng)流體樣品的溫度的方法，其中所述第一和第二流體樣品具有分別沿第一和第二路徑流動(dòng)的不同流量。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制至少兩個(gè)流體樣品的溫度的方法，包括采用比例-積分-微分控制來(lái)調(diào)節(jié)所述加熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制至少兩個(gè)流體樣品的溫度的方法，其中調(diào)節(jié)所述加熱器和所述散熱器中至少之一以將所述點(diǎn)的溫度維持在預(yù)定值的O. rc范圍內(nèi)。
全文摘要
一種用于控制流體樣品溫度的系統(tǒng)，其包括具有第一外表面和第二外表面且兩個(gè)表面相互平行的裝置。該裝置內(nèi)具有兩個(gè)或多個(gè)適合于容納樣品的通道。這些通道布置于與所述第一外表面和第二外表面平行的公共平面上。溫度傳感器沿該公共平面置于通道之間。加熱器熱連接兩個(gè)外表面中的一個(gè)，散熱器連接該兩個(gè)外表面中的另一個(gè)，從而在第一和第二外表面之間建立溫度梯度。溫度控制器接收溫度傳感器輸入的感測(cè)溫度，并通過(guò)響應(yīng)調(diào)節(jié)該加熱器。
文檔編號(hào)B01L99/00GK102929309SQ20121037811
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2006年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月25日
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